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離子束在先進(jìn)制造、腫瘤治療、誘變育種、微生物工程等領(lǐng)域均有不可替代的作用。近日，中國科學(xué)院近代物理研究所在離子束操控技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)展。研究揭示了制約快離子束導(dǎo)向的關(guān)鍵物理機(jī)制，并成功實現(xiàn)了對快離子束的穩(wěn)定導(dǎo)向，為未來發(fā)展無需外部供電、自適應(yīng)的“離子束導(dǎo)管”清除了主要障礙。團(tuán)隊揭示了導(dǎo)致電場飽和的關(guān)鍵機(jī)制：高能離子撞擊導(dǎo)向通道內(nèi)壁時，在沉積電荷的同時會濺射出大量二次離子。這些二次離子在電場作用下，漂落到對面內(nèi)壁，沉積電荷，從而削弱原本用于導(dǎo)向離子束的自組織電場。針對這一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊設(shè)計了帶有深槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向通道。這些深槽能夠阻止二次離子飛出，將沉積電荷轉(zhuǎn)移至對面的比例從最高98%抑制至7%以下。團(tuán)隊還構(gòu)建了隱藏式電阻網(wǎng)絡(luò)，解決了傳統(tǒng)導(dǎo)向通道在離子輻照下的電導(dǎo)率不穩(wěn)定問題。基于上述策略，研究團(tuán)隊成功實現(xiàn)了對386納安、100千電子伏五價氧離子束的穩(wěn)定導(dǎo)向。與此前結(jié)果相比，該研究的導(dǎo)向電勢差提升了兩個數(shù)量級，流強(qiáng)提升了三個數(shù)量級。研究解決了制約快離子束自適應(yīng)導(dǎo)向的關(guān)鍵難題，為實現(xiàn)“離子束導(dǎo)管”奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等的支持。論文鏈接濺射離子電流分布測量