激光驅動離子加速已經被用於(yu) 開發一種緊湊而高效的等離子體(ti) 加速器，該加速器可應用於(yu) 癌症治療、核聚變和高能物理。近日，日本大阪大學領導的研究團隊在日本量子科學技術研究開發機構用超強J-KAREN激光照射世界上最薄、最強的石墨烯靶材，從(cong) 而實現了直接高能離子加速，開啟了激光驅動離子加速的新機製。研究結果發表在自然科研旗下《科學報告》雜誌上。

在激光離子加速理論中，更高的離子能量需要更薄的靶材。然而，由於(yu) 強激光的噪聲分量在激光脈衝(chong) 主峰之前破壞了目標，因此很難直接加速極薄靶區的離子。為(wei) 了實現強激光對離子的高效加速，必須使用等離子反射鏡來去除噪聲成分。

因此，研究人員開發了大麵積懸浮石墨烯（LSG）作為(wei) 激光離子加速的目標。石墨烯被稱為(wei) 世界上最薄、最堅固的2D材料，適用於(yu) 激光驅動的離子源。

“原子薄的石墨烯是透明的，具有高導電性和導熱性，重量輕，同時也是最堅固的材料。”該研究的作者翁偉(wei) 彥（音譯）解釋說，“迄今為(wei) 止，石墨烯已經得到了廣泛的應用，包括在交通、醫藥、電子和能源等領域。我們(men) 展示了石墨烯在激光離子加速領域的另一個(ge) 顛覆性應用，其中石墨烯的獨特性發揮著不可或缺的作用。

LSG靶的直接照射產(chan) 生MeV質子和碳，從(cong) 亞(ya) 相對論到相對論激光強度，從(cong) 低對比度到高對比度，不需要等離子反射鏡，這表明了石墨烯的耐久性。

研究人員表示，這項研究的結果適用於(yu) 開發緊湊高效的激光驅動離子加速器，用於(yu) 癌症治療、激光核聚變、高能物理和實驗室天體(ti) 物理。高能離子在沒有等離子反射鏡的情況下直接加速，顯示了LSG的穩健性。研究人員將使用原子薄的LSG作為(wei) 目標支架來加速其他無法自行承受的材料，他們(men) 還展示了非相對論強度下的高能離子加速。此外，即使在極薄的靶區沒有等離子反射鏡，也可以實現高能離子加速，這開啟了激光驅動離子加速的新機製。