Intense attosecond light sources are required for investigating ultrafast electron dynamics, such as that in molecules and atoms, etc. However, so far the achievable photon energy remains at the keV level, thereby limiting their range of applications. For instance, probing intranuclear dynamics requires photon energies in the gamma-ray regime. We propose here a scheme for generating intense attosecond gamma-ray pulses by irradiating a thin solid-density foil with intense vortex laser. In the interaction, the laser driven-foil electrons are differentially accelerated within a quarter-wave field and become highly bunched. Three-dimensional particle-in-cell simulations show that they can efficiently (with energy conversion efficiency) radiate ultrashort ( as), high-flux ( photons per pulse), and ultrabrilliant (up to 1027 photons s−1 mm−2 mrad−2 per 0.1% BW at 1 MeV photon energy) gamma rays. With an x-ray driving laser, the scheme can even produce isolated bright sub-attosecond gamma-ray pulses that are useful for time-resolved nuclear spectroscopy and many other areas.
高強度アト秒光源は、分子や原子などにおける超高速電子ダイナミクスの研究のために必要とされる。しかしながら、これまでに達成可能な光子エネルギーはkeVレベルにとどまっており、それによってその応用範囲が制限されている。例えば、原子核内ダイナミクスの探査にはガンマ線領域の光子エネルギーが必要である。我々はここで、高強度渦レーザーで薄い固体密度フォイルを照射することにより、高強度アト秒ガンマ線パルスを生成する方式を提案する。この相互作用において、レーザー駆動フォイル電子は4分の1波長場内で差動的に加速され、高度にバンチングされる。三次元粒子インセルシミュレーションは、それらが（ のエネルギー変換効率で）効率的に、超短（ as）、高フラックス（ photons per pulse）、超高輝度（1 MeVの光子エネルギーにおいて0.1% BWあたり最大1027 photons s−1 mm−2 mrad−2）のガンマ線を放射できることを示している。X線駆動レーザーを用いれば、この方式は、時間分解核分光やその他多くの分野に有用な、孤立した明るいサブアト秒ガンマ線パルスを生成することさえできる。