The use of nanostructured targets can enhance the energy and quality of accelerated electron and ion beams compared to conventional flat foil targets. Ion acceleration from plastic foil targets having sub-micron thickness embedded with rods of nanometre length using ultra-short intense laser pulses of intensity W cm−2 is investigated using particle-in-cell simulations. The laser and target parameters are tuned to achieve better performance with nanostructured targets compared to flat foils. Several novel features of the ion acceleration process are revealed in this study. A hybrid radiation pressure acceleration-target normal sheath acceleration mechanism using a linearly polarised (LP) laser is found to play a key role in accelerating protons upto ∼300 MeV of energy. The effects of multiple ion species on the acceleration of protons has been studied, and a narrow peak in the proton energy spectrum around ∼100 MeV is observed, which is attributed to the presence of heavier ions in the target.
ナノ構造化ターゲットの使用は、従来の平坦なフォイルターゲットと比較して、加速された電子ビームおよびイオンビームのエネルギーと品質を向上させることができる。サブミクロンの厚さを有するプラスチックフォイルターゲットにナノメートル長のロッドを埋め込んだ構造を用いたイオン加速について、強度 W cm⁻² の超短パルスレーザーを用いた粒子インセルシミュレーションにより調査した。レーザーおよびターゲットのパラメータは、平坦なフォイルと比較してナノ構造ターゲットでより良い性能が得られるように調整された。本研究では、イオン加速過程におけるいくつかの新規な特徴が明らかにされた。線偏光（LP）レーザーを用いた場合、放射圧加速とターゲット法線シース加速のハイブリッド機構が、約300 MeVのエネルギーを持つ陽子の加速において重要な役割を果たすことが見出された。さらに、陽子加速に対する多重イオン種の影響が研究され、ターゲット中のより重いイオンの存在に起因する、約100 MeV付近の陽子エネルギースペクトルにおける鋭いピークが観測された。