Недавно исследователям удалось ввести в эксплуатацию самый маленький в мире ускоритель частиц — нанофотонный ускоритель электронов (NEA).

Из аннотации статьи "Coherent nanophotonic electron accelerator", опубликованной в Nature:

"Ускорители частиц являются важнейшими инструментами в различных областях промышленности, науки и медицины. Как правило, площадь таких установок начинается от нескольких квадратных метров для медицинских применений и достигает размеров крупных исследовательских центров. Ускорение электронов с помощью лазерного излучения внутри фотонной наноструктуры представляет собой микроскопическую альтернативу с потенциально возможным уменьшением стоимости и размеров на порядки. В статье демонстрируется масштабируемый нанофотонный ускоритель электронов, который согласованно сочетает в себе ускорение частиц и поперечное ограничение пучка, ускоряет и направляет электроны на расстояние в 500 мкм в канале шириной всего 225 нм. Наблюдался максимальный когерентный прирост энергии в 12,3 кэВ, что соответствует значительному увеличению энергии на 43% от исходных 28,4 кэВ до 40,7 кэВ. Ожидается, что эта работа приведет к появлению нанофотонных ускорителей с высокими градиентами ускорения вплоть до GeV/m, использующих высокоразрушаемые пороговые диэлектрические материалы при минимальных требованиях к размерам."

Наноструктура ускорителя состоит из 2 рядов кремниевых столбов высотой 2 мкм (до 733 пар столбов). Они создают необходимый режим ближнего поля. Для генерации режима ближнего поля столбы облучаются сверху пучком лазерных импульсов с центральной длиной волны 1,93 мкм и длительностью импульса 250 фс. Электронный пучок инжектируется в двухстолбчатую структуру с энергией 28,4 кэВ. При выполнении условия синхронности электронный пучок и оптическая мода ближнего поля движутся с одинаковой скоростью.

Нанофотонное когерентное ускорение и коллимация импульсного электронного пучка досигаются посредством попеременной фазовой фокусировки (со скачками фазы на 120° и 240°) и специально разработанной конической геометрией структуры. Используются до 25 зазоров, отделяющих друг от друга до 26 макроячеек ускорителя, причем каждая макроячейка отличается от других из-за увеличения скорости частиц.