Sciencemag.cz
Doporučujeme
Do konce letošního roku chtějí autoři výzkumu dosáhnout 1 MeV, aniž by velikost čipu překročila 1 cm.
Vědci ze Stanfordu a SLAC National Accelerator Laboratory vytvořili miniaturní urychlovač částic na čipu; přesněji řečeno, elektrony v jejich zařízení urychluje samotný křemíkový čip. Do křemíku jsou vyvrtány dutiny v rozměrech nanometrů, a v těchto dutinách vytvořeno vakuum. Elektrony se při pohybu v dutinách urychlují pomocí infračerveného laseru. Křemík je pro infračervené světlo průhledný.
Zkonstruovaný urychlovač je prozatím jen prototyp, nicméně vedoucí týmu Jelena Vuckovic uvedla, že konstrukce/technologie výroby celého zařízení lze snadno rozšířit tak, aby urychlovač poskytoval dostatečně urychlené svazky elektronů k provádění experimentů ve vědě o materiálech, chemii i biologii. Urychlovače částic této velikosti by mohly generovat dostatečně úzké paprsky, aby je šlo zacílit přímo na nádor (tj. bez toho, že by bylo třeba používat stínění okolní zdravé tkáně). Obecně: Miniaturizace urychlovačů by mohla učinit tato zařízení dostupnější mnohem většímu počtu uživatelů; autoři výzkumu svůj objev přirovnávají k posunu od velkých sálových počítačů k všeobecně rozšířeným počítačům stolním.
V klasických urychlovačích se urychlení provádí zejména pomocí mikrovln. Infračervené světlo použité v urychlovači na čipu má mnohem kratší vlnovou délku, křemíkové struktury lze proto oproti měděným strukturám v běžném urychlovači miniaturizovat řádově 100 000krát. Návrh celé nanostruktury vyžadoval úplně odlišný přístup a provedl ho speciální software (de facto reverzně – zadáno bylo, kolik energie se má elektronům dodat, a software na tomto základě navrhl nanostrukturu dutin).
Na křemíkových urychlovačích by se elektrony měly dát urychlit až na 94 % rychlosti světla (cca milion elektronvoltů), třebaže ukázkový prototyp zařízení tyto parametry zatím nemá. Urychlovač je ale navržen jako integrovaný obvod, všechny kritické funkce jsou integrovány přímo na čipu, takže další vylepšování by mělo být celkem jednoduché. Do konce letošního roku chtějí autoři výzkumu dosáhnout 1 MeV, aniž by velikost čipu překročila 1 cm. Urychlovač na SLAC sice nabízí asi 30 000krát víc, ale na čip se rozhodně nevejde.
Elektrony urychlené na vysoké energie by při léčbě nádoru spálily kůži, proto se dnes tato technologie v medicíně nevyužívá. Dostatečně úzký svazek z urychlovače na čipu by se ale mohl dát na nádor zacílit pomocí vakuové trubice, která by se do těla vsunula podobně jako katetr. Taková je alespoň jedna z navržených aplikací nového zařízení.
„On-chip integrated laser-driven particle accelerator“, Science (2020). DOI: 10.1126/science.aay5734
Zdroj: Stanford University/Phys.org
