一种基于微型芯片的器件——用于执行超高速X射线操作

来源：半导体芯科技编译

光学微机电系统（MEMS）是控制光和通信的微尺寸的芯片器件。另外，时间分辨X射线探针是帮助科学家研究高度瞬时现象的设备。这些现象瞬间存在，期间涉及到结构和功能的快速变化。科学家们现在已经开发出基于专门设计和制造的MEMS X射线光学设备，可以利用极短的X射线脉冲。新设备比用于操作X射线探针的传统设备小而轻，对于超高速现象的同步辐射和自由电子激光x射线源的实验而言，这些设备可能至关重要。

这种新的超高速的片上光学器件将比用于操控X射线探针的传统器件小几个数量级，也更轻。这将实现X射线的创新研究和应用。它可以帮助科学家研究化学、材料和生物快速演化的过程。其结果可以帮助开发高效的太阳能电池和电池，先进的计算机存储，以及新型药物。在这项研究中，科学家们在一个同步辐射设备中展示了该器件。一个完整的开发版本可以与医院和大学实验室中的X射线发生器一起使用。在这些环境中，这些器件可以支持快速非破坏性诊断或精确的放射治疗剂量。

由高级光子源（APS）和纳米材料中心（***）的科学家组成的研究小组利用APS的X射线源展示了X射线片上光学器件。APS和***是美国能源部(DOE)在阿贡国家实验室的科学用户设施。该器件由***设计，尺寸仅为250微米，重量仅为3.5微克。基于MEMS的快门体积非常小，重量也很轻，这使得它可以以相当于每分钟100万转的速度摆动。研究人员利用这种高速度和MEMS材料的X射线衍射特性，创造了一个极快的X射线快门。由此产生的超高速X射线片上光学器件可以操纵超过350MHz兆赫的硬X射线脉冲，比任何机械调制器高1000倍。此外，该器件的时间特性可以为许多动态x射线仪器和应用进行调整，这对于传统光学设备来说是不可能的，因为传统光学器件的质量通常是它的10亿倍。 基于芯片的X射线光学器件为未来用于时域科学、加速器诊断和控制的动态、微型X射线光学奠定了基础，包括波前操作、光谱色散、复用和脉冲切片。

这项研究得到了美国能源部科学办公室、基础能源科学、科学用户设施部门的支持。

审核编辑 黄昊宇