آرایه ای از ستون های سیلیکونی می تواند یک پرتوی الکترونی را در شتابدهنده های کوچک در تراشه های رایانه ای آینده، متمرکز و محدود کند. استفاده از این فناوری شتابدهی سریعتر الکترون ها را مقدور می سازد.

آزمایشگاه شتابدهنده ملی SLAC در کالیفرنیا میزبان یکی از کوچکترین شتابدهنده های ذراتِ دنیا است. این شتابگرِ به اصطلاح تراشه ای، با طول فقط چند میلیمتر، می تواند هزینه ها و زیرساخت های لازم برای برخورددهنده های ذرات در آینده را به طور قابل توجهی کاهش دهد. اما شتابدهنده های تراشه ای فعلی به شتابدهنده های ذرات متداول نیاز دارند تا ابتدا الکترونها را تا حدود سرعت نور شتاب بدهد و سپس تراشه جهش سرعت نهایی را اعمال کند. اکنون دیلن بلک Dylan Black و همکارانش در دانشگاه استنفورد کالیفرنیا، گامی به سمت شتابدهنده های تراشه ای مستقل برداشته و عدسی میلمتری ای را ابداع کرده اند که میتوان در چنین ابزارهایی تعبیه کرد. اگر بخواهیم الکترون های کم سرعت را در خلال سرعت دهی تا اندازه های بالا در یکجا محدود نگه داریم، این عدسی برای شتابدهنده های تراشه ای در آینده ضروری خواهد بود.

عدسی ای که بلک و همکارانش ساخته اند شامل دو ردیف از 15 ستون سیلیکونی است. پرتوی الکترونی بین این دو ردیف در کانالی به پهنای 375 نانومتر حرکت می کند. برای فعال کردن عدسی، این گروه ستون ها را با پالس های لیزری فمتوثانیه مورد هدف قرار دادند. پالس های لیزر میدان الکترومغناطیسی بزرگ و نوسان کننده ای بین دو ردیف ستون ایجاد می کنند که الکترونها را به سمت مرکز کانال هدایت کرده و باعث تمرکز و محدود کردن ذرات در یک باریکه نازک می شود.

گروه تحقیق به توان تمرکزی معادل با عدسی های پلاسمایی دست یافته اند- روش دیگر اما نامطلوبی برای ایجاد عدسی که پایداری بسیار کمتری دارد. آن ها همچنین توان عدسی را با تغییر قدرت پالس های لیزر تنظیم کرده اند. تیم پژوهش هنوز باید این عدسی را روی شتابدهنده تراشه ای سوار کند. اما آنها می گویند این گام باید کار نسبتاً ساده ای باشد زیرا ساختارهای ستونی مشابهی در حال حاضر در این ابزارها وجود دارد که از میدان الکتریکی تولید شده از آن ها برای شتاب دادن به الکترونها استفاده می شود.

این تحقیق در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

منبع

A Lens for Millimeter-Sized Electron Accelerators