1D and 2D PIC simulations of light ion acceleration by irradiation of structured thin foils by short pulse, high intensity lasers have been performed. When the back coating material is thicker than the typical scale length for TNSA fields the ion energy spectra contain peaks. These peaks are found to be due to the acceleration of ions by an electric field which builds up at internal interfaces between materials with different electron number densities. The electric field is generated by incomplete neutralization of the charge built up at the head of the hot electron beam as it crosses the interface between the two materials. In these simulations the back material layer is sufficiently thick that the sheath field drops to zero before reaching the vacuum boundary. The acceleration responsible for the peaks is therefore from within the material and is superimposed on the normal TNSA acceleration from the back material–vacuum surface, i.e. there are two distinct sites of particle acceleration. It is possible that this mechanism may explain features previously observed in simulations. A comparison is also made with experiments with thick rear coatings.
1次元および2次元のPICシミュレーションを用いて、短パルス高強度レーザーによる構造化薄膜の照射によって生じるイオン加速を調べた。背面コーティング材の厚さがTNSA場の典型的なスケール長よりも厚い場合、イオンエネルギースペクトルにはピークが現れる。これらのピークは、電子数密度の異なる材料間の内部界面に形成される電場によるイオン加速に起因することが見出された。この電場は、高エネルギーの電子ビームが2つの材料の界面を横切る際に、その先頭部分で電荷が不完全に中和されることによって生成される。これらのシミュレーションでは、背面材料層が十分に厚いため、シース電場は真空境界に到達する前にゼロに減衰する。したがって、ピークの原因となる加速は材料内部で起こり、通常のTNSAによる背面-真空界面での加速に重畳される。すなわち、粒子加速が生じる場所は2つの異なる部位である。このメカニズムは、これまでのシミュレーションで観測された特徴を説明できる可能性がある。また、厚い背面コーティングを用いた実験との比較も行った。