Enhanced laser-driven proton acceleration occurs when an intense laser interacts with a transversely nano-striped target consisted of alternate gold and hydrogen stripes. The density of the laser-irradiated hydrogen stripes initially decreases to less than the critical density, enabling the laser field to penetrate into the hydrogen stripes and heat the electrons in the still-opaque gold stripes. The resulting increase in the electron Lorentz factor and the expansion of all the electrons ultimately make the entire target relativistically transparent to the latter part of the laser beam. Large numbers of hot electrons are expelled from the target because the laser volumetrically interacts with the whole target. A fairly high electrostatic field is then induced on the rear side of the target to accelerate the protons. When compared with double-layer or single-layer targets, the proton acceleration is much more efficient in the relativistically transparent nano-striped target presented here. Two spatial and three velocity dimensions (2D3V) particle-in-cell simulations show that with an W cm−2 laser, a proton beam with a maximum energy of approximately 190 MeV can be generated.
高強度レーザーと相互作用する際、金と水素の交互ストライプからなる横方向ナノストライプターゲットにおいて、レーザー駆動陽子加速が増強される。レーザー照射を受けた水素ストライプの密度は最初に臨界密度以下まで減少し、これによりレーザー場が水素ストライプ内部へ浸透して、まだ不透明な金ストライプ内の電子を加熱することが可能となる。その結果生じる電子のローレンツ因子の増大と全電子の膨張は、最終的にターゲット全体をレーザーパルスの後半部分に対して相対論的に透明にする。レーザーがターゲット全体と体積的に相互作用するため、大量の高温電子がターゲットから放出される。その後、ターゲット後面にかなり高い静電場が誘起され、陽子を加速する。二層ターゲットや単層ターゲットと比較すると、ここで提示する相対論的に透明なナノストライプターゲットでは陽子加速がはるかに効率的である。2次元空間・3次元速度（2D3V）パーティクルインセルシミュレーションにより、毎平方センチメートルあたり10²¹ワット（W cm⁻²）のレーザーを用いた場合、最大エネルギー約190メガ電子ボルト（MeV）の陽子ビームが生成可能であることが示された。