微型粒子加速器小如芯片

                         可以捕獲和引導光的材料——光子晶體。圖片來源：J. Joannopoulous/SCIENCE PHOTO LIBRARY

一種微米大小的裝置，通過在一塊晶體板上發射電子束就可以產生非常強烈的光。這種裝置可用于制造微型X光機和粒子加速器。與目前的粒子加速器相比，這種小如芯片的裝置的制造過程更短、更便宜、更緊湊。相關研究成果近日發表于《自然》。

該裝置由香港大學和美國麻省理工學院的研究人員制造而成。它由一塊被稱為光子晶體的特殊硅片、一臺經過改進的掃描電子顯微鏡和一個探測發射光的設備組成。其利用電子移動時圍繞電子的電磁場，可使光子晶體材料中的帶電粒子被激發并發光。

研究人員通過數學模型得知，通過在晶體上添加圖案可以增強晶體與電子之間的相互作用。為此，他們在晶體上蝕刻了一個圓形凹痕網格，每個凹痕大約寬100納米。光和電子通常不會有太多的相互作用，但通過設計光的能量和動能以匹配電子的能量和動能，卻可以使兩者之間產生異常大的相互作用。香港大學的楊毅（音）說，這種匹配方法最終可以將光發射強度提高100萬倍。

德國埃爾蘭根-紐倫堡大學的Peter Hommelhoff說，值得注意的是，該裝置可以用來制造微型粒子加速器。研究人員可以使用強烈的光脈沖加速粒子，而不是像常見的那樣用微波撞擊粒子。

英國約克大學的Thomas Krauss說，新裝置不僅向制造微型粒子加速器邁出一步，還向制造更小的X光機邁出一大步。X射線本質上是光波，由于波長太短導致肉眼難以看到。而通過調整硅圖案的形狀和器件中電子的速度，則有可能將發射光的波長改變為X射線。

“當你在醫生那里接受X光檢查時，面對的是一臺巨大的機器。現在我們可以想象，在芯片上用一個很小的光源就可以完成這件事。”Krauss說。這會使X射線技術更容易應用于小型或遠程醫療設施，或使其便于急救人員在事故現場使用。