(a) 實(shí)驗(yàn)示意圖永票。通過(guò)用超強(qiáng) J-KAREN 激光照射大面積懸浮石墨烯靶 (LSG)猬蚤，產(chǎn)生高能離子滑频。(b) 和 (c) 分別顯示了石墨烯的拉曼光譜和顯微鏡圖像市黔。(d) 和 (e) 分別顯示了使用固態(tài)路徑跟蹤器和湯姆遜拋物線光譜儀 (TPS) 的堆棧探測(cè)器示意圖坊秉。(g) 和 (f) 分別顯示了 TPS 和堆棧的典型數(shù)據(jù)奈炕。圖片來(lái)源：科學(xué)報(bào)告

 

激光驅(qū)動(dòng)離子加速已經(jīng)被用于開(kāi)發(fā)一種緊湊而高效的等離子體加速器禽忧，該加速器可應(yīng)用于癌癥治療、核聚變和高能物理书尚。近日衙乡，日本大阪大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在日本量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)用超強(qiáng)J-KAREN激光照射世界上最薄、最強(qiáng)的石墨烯靶材泻磅，從而實(shí)現(xiàn)了直接高能離子加速蜗胖，開(kāi)啟了激光驅(qū)動(dòng)離子加速的新機(jī)制。研究結(jié)果發(fā)表在自然科研旗下《科學(xué)報(bào)告》雜志上煞松。

在激光離子加速理論中袄雷，更高的離子能量需要更薄的靶材。然而芳争，由于強(qiáng)激光的噪聲分量在激光脈沖主峰之前破壞了目標(biāo)跑事，因此很難直接加速極薄靶區(qū)的離子。為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光對(duì)離子的高效加速懈词，必須使用等離子反射鏡來(lái)去除噪聲成分蛇耀。

因此，研究人員開(kāi)發(fā)了大面積懸浮石墨烯（LSG）作為激光離子加速的目標(biāo)坎弯。石墨烯被稱(chēng)為世界上最薄纺涤、最堅(jiān)固的2D材料，適用于激光驅(qū)動(dòng)的離子源抠忘。

“原子薄的石墨烯是透明的撩炊，具有高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，重量輕，同時(shí)也是最堅(jiān)固的材料拧咳。”該研究的作者翁偉彥（音譯）解釋說(shuō)伯顶，“迄今為止，石墨烯已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用骆膝，包括在交通祭衩、醫(yī)藥、電子和能源等領(lǐng)域阅签。我們展示了石墨烯在激光離子加速領(lǐng)域的另一個(gè)顛覆性應(yīng)用掐暮，其中石墨烯的獨(dú)特性發(fā)揮著不可或缺的作用。

LSG靶的直接照射產(chǎn)生MeV質(zhì)子和碳卡宛，從亞相對(duì)論到相對(duì)論激光強(qiáng)度蛙檐，從低對(duì)比度到高對(duì)比度，不需要等離子反射鏡胚闲，這表明了石墨烯的耐久性。

研究人員表示颜肥，這項(xiàng)研究的結(jié)果適用于開(kāi)發(fā)緊湊高效的激光驅(qū)動(dòng)離子加速器缭柄，用于癌癥治療、激光核聚變退厕、高能物理和實(shí)驗(yàn)室天體物理软架。高能離子在沒(méi)有等離子反射鏡的情況下直接加速，顯示了LSG的穩(wěn)健性寸颇。研究人員將使用原子薄的LSG作為目標(biāo)支架來(lái)加速其他無(wú)法自行承受的材料弄讥，他們還展示了非相對(duì)論強(qiáng)度下的高能離子加速。此外础健，即使在極薄的靶區(qū)沒(méi)有等離子反射鏡谋啃，也可以實(shí)現(xiàn)高能離子加速，這開(kāi)啟了激光驅(qū)動(dòng)離子加速的新機(jī)制蹂喻。