Кристаллическое устройство может быть использовано для создания крошечных ускорителей частиц

 Устройство размером с чип может излучать очень интенсивный свет, который может помочь в создании крошечных рентгеновских аппаратов и ускорителей частиц.

Устройство микрометрового размера, которое излучает свет, направляя пучок электронов на пластину из кристалла, может быть использовано для создания крошечных ускорителей частиц и рентгеновских аппаратов. Такие устройства размером с чип можно было бы производить быстрее, дешевле и компактнее, чем современные ускорители частиц.

Новое устройство, созданное Йи Яном из Гонконгского университета и его коллегами из Массачусетского технологического института, состоит из специального куска кремния, называемого фотонным кристаллом, модифицированного сканирующего электронного микроскопа, пропускающего через него пучок электронов, и устройство, обнаруживающее излучаемый свет. Установка использует электромагнитные поля, окружающие электроны по мере их движения, которые могут возбуждать заряженные частицы в близлежащем материале — в данном случае фотонном кристалле — и излучать свет.

Из математических моделей исследователи знали, что они могут улучшить взаимодействие между кристаллом и электронами, добавив узор к первому, поэтому они выгравировали в нем сетку круглых углублений, каждое шириной около 100 нанометров. Свет и электроны обычно мало взаимодействуют, но создание энергии и импульса света, чтобы они соответствовали энергии и импульсу электронов, позволяет обеспечить необычно сильное взаимодействие между ними. По словам Янга, этот метод согласования может в конечном итоге увеличить излучение света в миллион раз.

Этот свет имеет много потенциальных применений, от спектроскопии, в которой свет помогает ученым узнать о внутренней структуре различных материалов, до связи на основе света.

Примечательно, что его можно использовать для создания крошечных ускорителей частиц, говорит Петер Хоммельхофф из Университета Эрлангена-Нюрнберга в Германии. По его словам, исследователи могли бы использовать интенсивные световые импульсы для ускорения частиц вместо того, чтобы воздействовать на них микроволнами, как это происходит чаще.

Томас Краусс из Йоркского университета в Великобритании говорит, что новое устройство может быть не только шагом к крошечным ускорителям частиц, но и к меньшим рентгеновским аппаратам. Рентгеновские лучи — это, по сути, световые волны с длиной волны, слишком короткой для нашего восприятия. Адаптируя структуру кремния и скорость электронов в устройстве, можно было бы изменить длину волны испускаемого света на рентгеновские лучи.

«Когда вы делаете рентген у своего врача, это большой аппарат. Теперь мы можем представить, как сделать это с небольшим источником света на чипе», — говорит он. Это может сделать рентгеновскую технологию более доступной для небольших или удаленных медицинских учреждений или сделать ее портативной для использования лицами, оказывающими первую помощь в случае аварии.

Источник