北京中关村实验室实现无阈值切伦科夫辐射技术突破

实验室
所属地区:北京 发布日期:2025年08月20日
近日,北京中关村实验室的一项研究成果引发国际学术界关注。科研团队通过人工双曲超材料结构,首次实现无阈值切伦科夫辐射,将自由电子光源的尺寸压缩至芯片级别。这一突破不仅颠覆了传统大型加速器的技术范式,更为光电集成、量子通信等领域的招商引资提供了全新方向。
一、技术突破:超材料重构电子辐射物理机制
2023年,研究团队在实验中观察到匀速运动的低能电子在双曲超材料中自发产生辐射的现象。传统切伦科夫辐射需电子速度超过介质光速阈值,而该技术通过超材料的特殊电磁响应特性,彻底逆转能量条件限制。实验数据显示,电子加速能耗降低至传统装置的百万分之一,使得微型化自由电子光源成为可能。这一成果发表于国际权威期刊,被评价为“打开了片上电子-光子相互作用研究的大门”。
二、应用前景:芯片化设备推动产业升级
该技术的核心价值在于摆脱了对千米级加速器的依赖。以往自由电子光源需依托数亿元规模的基础设施,如今可在半导体工艺线上实现集成。2024年初,苏州纳米所等机构已基于该原理设计出首款实验性芯片,验证了其在光谱检测、生物成像等场景的潜力。深圳市高新技术园区某企业透露,正联合科研团队开发便携式医疗检测设备,预计将传统设备成本压缩90%以上。
三、产业链影响:加速光电融合生态构建
南京江北新区集成电路产业服务中心分析指出,此类技术有望重塑光电器件产业链。传统分立式光学系统需复杂的光路调试,而芯片级电子光源可直接与硅基电路耦合,推动通信雷达、智能传感等领域的模块化发展。2023年末,上海市浦东新区已将自由电子集成技术列入重点招商目录,吸引多家国际企业设立研发中心。
四、科学意义:为基础研究提供新工具
中国科学院某研究所专家表示,该发现拓展了人工微结构调控量子态的能力。不同于常规加速器仅能服务高能物理,微型化平台使得高校实验室均可开展电子-光子耦合实验。2024年,西安交通大学利用类似结构成功观测到拓扑光子态,为新型激光器研发奠定基础。
目前,北京市已将该技术纳入“十四五”重大科技成果转化项目,并联合粤港澳大湾区启动跨区域产业化合作。随着后续工艺优化,芯片级自由电子光源或将成为继激光器之后,光电领域的又一里程碑式突破。

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