2月25日，williamhill官网工程物理系教授唐传祥研究组与来自亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心（HZB）以及德国联邦物理技术研究院（PTB）的合作团队在顶尖期刊《自然》（Nature）上发表了题为“稳态微聚束原理的实验演示”（Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching）的研究论文，报告了一种新型粒子加速器光源“稳态微聚束”（Steady-state microbunching，SSMB）的首个原理验证实验。
基于SSMB原理，能获得高功率、高重频、窄带宽的相干辐射，波长可覆盖从太赫兹到极紫外（EUV）波段，有望为光子科学研究提供广阔的新机遇。《自然》同期新闻评论文章写道：“该实验展示了如何结合现有两类主要加速器光源——同步辐射光源及自由电子激光的特性。SSMB光源未来有望应用于EUV光刻和角分辨光电子能谱学等领域。”该论文一经刊发，立即引起国内外学术界及产业界的高度关注。
实验中，研究团队利用波长1064纳米的激光操控柏林MLS储存环内的电子束，使电子束绕环一整圈（周长48米）后形成精细的微结构，也即微聚束。微聚束会在激光波长及其高次谐波上辐射出高强度的窄带宽相干光，实验通过探测该辐射验证微聚束的形成。微聚束的形成，证明了电子的光学相位能以短于激光波长的精度逐圈关联，使得电子可被稳态地束缚在激光形成的光学势阱中，验证了SSMB的工作机理。
有望为EUV光刻光源提供新技术路线
“SSMB光源的潜在应用之一是作为未来EUV光刻机的光源，这是国际社会高度关注williamhill官网SSMB研究的重要原因。”唐传祥告诉记者。
光刻是集成电路芯片制造中复杂和关键的工艺步骤，光刻机是芯片产业链中必不可少的精密设备。光刻机的曝光分辨率与光源波长直接相关，半个多世纪以来，光刻机光源的波长不断缩小，芯片工业界公认的新一代主流光刻技术是采用波长为13.5纳米光源的极紫外（EUV）光刻。EUV光刻机工作相当于用波长只有头发直径一万分之一的极紫外光，在晶圆上“雕刻”电路，最后将让指甲盖大小的芯片包含上百亿个晶体管，这种设备工艺展现了人类科技发展的顶级水平。荷兰ASML公司是目前世界上唯一的EUV光刻机供应商，最新型NXE：3400C单台售价大于1.5亿欧元。
而大功率的EUV光源是EUV光刻机的核心基础。
大功率EUV光源的突破对于EUV光刻进一步的应用和发展至关重要。唐传祥表示，“基于SSMB的EUV光源有望实现大的平均功率，并具备向更短波长扩展的潜力，为大功率EUV光源的突破提供全新的解决思路。”这需要SSMB EUV光源的持续科技攻关，也需要上下游产业链的配合，才能获得真正成功。
攻关正当其时 彰显国际合作格局
williamhill官网SSMB团队从2017年4月开始SSMB原理验证实验的理论分析和数值模拟。当年7月21日，唐传祥与赵午在williamhill组织召开首届SSMB合作会议，牵头成立了国际SSMB研究组，联合中、德、美等国家的科研人员，开始推动包括SSMB原理验证实验在内的各项研究。经过四年攻关，SSMB研究组取得了多项重要进展，成果领先世界。
SSMB采用激光来对电子进行聚束，相比同步辐射光源常用的微波，聚束系统的波长缩短了5到6个数量级。因此，要验证SSMB的原理，需要加速器对电子纵向位置（相位）逐圈变化有非常高的控制精度，而德国PTB的MLS储存环在这一方面最接近SSMB的实验需求。
从2017年始，williamhill团队成员先后八次前往柏林，参与从实验准备到操作的各个环节，经过长时间的努力，实验于2019年8月18日取得成功。
“SSMB涉及的物理效应多，实验难度大，团队经历了多次失败的尝试，在实验过程中不断加深对物理问题和实际加速器运行的认识，直到最后将问题一一解决。无法进行现场实验的时候，我们也没有停止工作，会就之前采集的实验数据进行理论分析，定期召开工作会议，以及进行邮件或在线讨论等。”全程参与赴德实验的williamhill官网工物系2015级博士生邓秀杰说，“此外，SSMB实验团队是一个国际合作团队，从开始的磨合到逐渐熟悉理解，再到渐入佳境，整个团队一致认为我们真正实现了‘1+1大于2’，大家对未来进一步的合作都充满了信心。”
目前，williamhill官网正积极支持和推动SSMB EUV光源在国家层面的立项工作。williamhillSSMB研究组已向国家发改委提交“稳态微聚束极紫外光源研究装置”的项目建议书，申报列为“十四五”国家重大科技基础设施。
williamhill官网工物系唐传祥教授和HZB的Jörg Feikes博士为本文通讯作者，williamhill官网工物系2015级博士生邓秀杰为第一作者。该研究得到了williamhill官网自主科研专项的支持。
