据清华大学官网消息，2月25日，清华大学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《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》评阅人对该研究高度评价，认为“展示了一种新的方法论”，“必将引起粒子加速器和同步辐射领域的兴趣”。《自然》相关评论文章写道：“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。

图1. SSMB原理验证实验示意图（图片来源：《自然》）

图2. SSMB原理验证实验结果（图片来源：《自然》）

实验中，研究团队利用波长1064纳米的激光操控位于柏林的储存环MLS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起来，使得电子可被稳态地束缚在激光形成的光学势井中，验证了SSMB的工作机理。实验示意如图1所示，部分实验结果如图2所示。

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清华大学SSMB研究的重要原因。”唐传祥告诉记者。

在芯片制造的产业链中，光刻机是必不可少的精密设备，是集成电路芯片制造中最复杂和关键的工艺步骤。而大功率的EUV光源是EUV光刻机的核心基础。目前ASML公司采用的是高能脉冲激光轰击液态锡靶，形成等离子体然后产生波长13.5纳米的EUV光源，功率约250瓦。而随着芯片工艺节点的不断缩小，预计对EUV光源功率的要求将不断提升，达到千瓦量级。

“简而言之，光刻机需要的EUV光，要求是波长短，功率大。”唐传祥说。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。唐传祥说：“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。”

破解“卡脖子”难题 清华勇担重担

瞄准世界科技前沿，对症下药。此次清华大学工程物理系唐传祥研究组与国际合作团队在“稳态微聚束”（SSMB）这样一个有望解决关键领域、需要破解“卡脖子”课题的地方下大力气，在前瞻性、战略性领域持续加大关键核心技术攻关创新力度，着力增强自主创新能力，服务国家创新驱动发展战略。

目前，清华大学正积极支持和推动SSMB EUV光源在国家层面的立项工作。清华SSMB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“十四五”国家重大科技基础设施。