Thiết kế phức tạp của chip được tạo ra bởi một máy tính. “Nếu bạn nhìn vào thiết kế, sẽ không có kỹ sư con người nào nghĩ ra nó.”
máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới, Large Hadron Collider, là một cấu trúc khổng lồ kéo dài ngầm cho 17 dặm và chi phí vài tỷ đô la để xây dựng và vận hành.
Giờ đây, các nhà khoa học đã phát triển một máy gia tốc hạt ở đầu kia của phổ kích thước, chỉ có 30 micron trên toàn bộ khoảng một nửa chiều rộng của một sợi tóc con người, theo một nghiên cứu được công bố hôm thứ Năm trên Science
Công cụ nhỏ bé này là bước đột phá mới nhất trong nỗ lực quốc tế nhằm phát triển máy gia tốc trên chip, một loại máy gia tốc hạt thu nhỏ với nhiều ứng dụng tiềm năng trong khoa học vật liệu, hóa học và y học.
Máy siêu nhỏ, được gọi là máy gia tốc laser điện môi (DLA), cuối cùng có thể dẫn đến một phiên bản máy gia tốc rẻ hơn và nhỏ gọn hơn hoạt động trong dải năng lượng megaelectronvolt (MeV). Những thiết bị này bao gồm máy X-quang, thiết bị bức xạ để điều trị ung thư và thiết bị quét công nghiệp, trong số nhiều thiết bị khác.
Ý tưởng là để thu nhỏ các loại máy gia tốc hạt xuống xuống các loại hoạt động trên thang đo MeV, Neil cho biết, tác giả chính Neil Sapra, một sinh viên tốt nghiệp tại Đại học Stanford, cho biết. Quy mô MeV và dòng điện thấp là nơi DLA tỏa sáng.
Nếu bạn nhìn vào thiết kế, sẽ không có kỹ sư nào có thể nghĩ ra nó.
Các thí nghiệm trước đây đã chứng minh rằng một nguồn sáng gọi là laser không gian tự do có thể tăng tốc các hạt trong cấu trúc kính hiển vi. Nguyên mẫu mới được phát triển bởi nhóm của Sapra cải thiện nghiên cứu đó với thiết kế mới có thể tăng dần theo công suất MeV và có thể tăng tốc các hạt lên khoảng 94% tốc độ ánh sáng.
Điều quan trọng về công việc này là đây là cuộc trình diễn trên chip đầu tiên của máy gia tốc laser điện môi, theo ông Sap Sapra. Vì vậy, đây là một con đường dẫn đến khả năng mở rộng và mạnh mẽ hơn.
Các nhà nghiên cứu đã có thể đạt được bước đột phá này bằng một kỹ thuật gọi là phương pháp thiết kế nghịch đảo photonic, có nghĩa là thiết kế của máy gia tốc được tạo ra bởi một máy tính sử dụng thuật toán tối ưu hóa để giải thích cho hành vi tinh vi của ánh sáng trong các cấu trúc nano.
MỘT PHẦN CỦA MÁY GIA TỐC, ĐƯỢC PHÓNG TO 25.000 LẦN. HÌNH: NEIL SAPRA
Cấu trúc thỏa mãn các tham số của nhóm là một con chip được bao phủ trong các cao nguyên giống như mesa được khắc với các kênh tới các điện tử corral. Khi được thổi bằng xung laser hồng ngoại, các electron sẽ tăng tốc độ và mức năng lượng khoảng 1 kiloelectronvolt (KeV).
Nếu bạn nhìn vào thiết kế, sẽ không có kỹ sư nào có thể nghĩ ra được, vì Sap Sapra giải thích. Tôi thực sự không nghĩ rằng mình có thể thực hiện dự án này nếu không có kỹ thuật thiết kế ngược này bởi vì việc đưa ra một thiết kế khá khó khăn khi thực hiện phương pháp cổ điển.
Tại thời điểm này, thiết kế DLA mới chỉ có thể điều khiển một bước tăng tốc cho các electron và nó sẽ cần phải mở rộng lên tới khoảng 1.000 jolts để đi vào phạm vi MeV. Nhóm của Sapra nghĩ rằng sẽ mất khoảng năm đến 10 năm để xây dựng nguyên mẫu đó, điều này có thể giảm chi phí và tăng độ chính xác cho nhiều lĩnh vực, đặc biệt là chăm sóc sức khỏe.
Các mạch quang tử tích hợp này dựa trên cùng các phương pháp mà ngành công nghiệp điện tử được tạo ra, do đó, nó không chỉ làm cho một cái gì đó nhỏ hơn, mà còn làm cho một cái gì đó rẻ hơn, Chai Sapra nói.