Low-density near-critical materials in laser-plasma interaction (LPI) stand out for their capability in enhancing the coupling between the laser radiation and the target. Indeed, they can be exploited for fundamental physics studies, optimised particle acceleration for practical applications, and inertial confinement fusion. However, the modelling of complex non-linear phenomena occurring during the interaction of these materials and high-intensity lasers, together with the accurate control and characterisation of their physical properties, are still object of intense research. In this context, near-critical nanofoams produced via pulsed laser deposition represent a promising option owing to the versatility and controllability of their deposition technique. In this paper, we report on our modelling and experimental activities related to laser-nanofoam interaction. In particular, we first present the deposition methodology, focusing on the production of nanofoams with controlled composition and morphology. Then, we show our numerical strategy to model the foam aggregation. We also discuss how the nanofoam morphology affects the LPI by integrating the realistic nanostructure in particle-in-cell simulations, focusing on various regimes of interaction. Lastly, we present examples of applications of nanofoam-based targets via numerical simulations and experiments, focusing also on the open issues for reaching the requirements for full-fledged applications. Our work demonstrates nanofoam-based targets as a versatile tool to effectively optimise and advance LPI physics.
レーザープラズマ相互作用（LPI）における低密度の臨界近傍材料は、レーザー放射とターゲット間の結合を増強する能力において際立っている。実際、それらは基礎物理学的研究、実用的応用のための最適化された粒子加速、および慣性核融合のために利用され得る。しかしながら、これらの材料と高強度レーザーの相互作用中に生じる複雑な非線形現象のモデリングは、それらの物理的性質の正確な制御および特性評価とともに、依然として盛んな研究の対象である。この文脈において、パルスレーザー堆積によって作製された臨界近傍ナノフォームは、その堆積技術の多様性と制御可能性により、有望な選択肢を表している。本論文では、レーザーとナノフォームの相互作用に関する我々のモデリングおよび実験的活動について報告する。特に、まず、制御された組成と形態を持つナノフォームの作製に焦点を当てて、堆積方法を提示する。次に、フォームの凝集をモデル化するための我々の数値的戦略を示す。また、現実的なナノ構造をparticle-in-cellシミュレーションに統合することにより、ナノフォームの形態がLPIにどのように影響するかを議論し、様々な相互作用レジームに焦点を当てる。最後に、ナノフォームベースのターゲットの応用例を数値シミュレーションと実験を通じて提示し、本格的な応用の要件を達成するための未解決の問題にも焦点を当てる。我々の研究は、LPI物理学を効果的に最適化し、前進させるための多用途ツールとしてのナノフォームベースのターゲットを実証するものである。