記者日前從清華大學(xué)電子工程系獲悉，該系黃翊東教授團隊成員劉仿副教授，帶領(lǐng)科研人員研制出了集成自由電子光源的芯片，在國際上首次實現(xiàn)了無閾值切倫科夫輻射，是我國科學(xué)家率先實現(xiàn)的重大理論突破，加速了自由電子激光器小型化進程。相關(guān)研究論文近期發(fā)布在國際權(quán)威期刊《自然·光子》上。

切倫科夫輻射現(xiàn)象1934年被發(fā)現(xiàn)，在反質(zhì)子、中微子振蕩等基本粒子的發(fā)現(xiàn)過程中起到了關(guān)鍵作用，也是實現(xiàn)自由電子激光光源的有效途徑之一。而自由電子激光器由于波長短、功率大、效率高、波長可調(diào)節(jié)等特點，可望用于研究凝聚態(tài)物理學(xué)、材料特征、反導(dǎo)彈激光武器、雷達、等離子體診斷等，在基礎(chǔ)物理、國防軍事、生物醫(yī)療、信息科學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。

黃翊東在接受科技日報記者采訪時打比方說：“若將材料中傳播的光子比作一列勻速前進的高速火車，高能帶電粒子只有追上火車的尾巴，也就是達到材料中的光速（光的相速度），才能產(chǎn)生切倫科夫輻射。”目前，產(chǎn)生光波段切倫科夫輻射的最小電子能量最少需2萬電子伏特，只有大型電子加速裝置才能做到。

此次，劉仿帶領(lǐng)博士生肖龍等人發(fā)現(xiàn)，在人工雙曲超材料中，無論勻速運動的電子速度多慢都可以產(chǎn)生輻射，即可以實現(xiàn)無閾值的切倫科夫輻射。黃翊東解釋說：“超材料將產(chǎn)生輻射的電子能量條件完全反轉(zhuǎn)。加速電子所需能量下降幾個數(shù)量級，離不開大型加速裝置的硬約束也解除了。”

評價認為，實驗結(jié)果顛覆了傳統(tǒng)自由電子光源需要大型電子加速器的固有范式，使得在芯片上研究飛行電子與微納結(jié)構(gòu)的相互作用成為可能。