激光驅(qū)動(dòng)離子加速已經(jīng)被用于開發(fā)一種緊湊而高效的等離子體加速器,，該加速器可應(yīng)用于癌癥治療、核聚變和高能物理,。近日,，日本大阪大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在日本量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)用超強(qiáng)J-KAREN激光照射世界上最薄、最強(qiáng)的石墨烯靶材,，從而實(shí)現(xiàn)了直接高能離子加速,，開啟了激光驅(qū)動(dòng)離子加速的新機(jī)制。研究結(jié)果發(fā)表在自然科研旗下《科學(xué)報(bào)告》雜志上,。

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,，由于強(qiáng)激光的噪聲分量在激光脈沖主峰之前破壞了目標(biāo),，因此很難直接加速極薄靶區(qū)的離子。為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光對(duì)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(fā)了大面積懸浮石墨烯（LSG）作為激光離子加速的目標(biāo),。石墨烯被稱為世界上最薄、最堅(jiān)固的2D材料,，適用于激光驅(qū)動(dòng)的離子源,。

“原子薄的石墨烯是透明的,，具有高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，重量輕,，同時(shí)也是最堅(jiān)固的材料,。”該研究的作者翁偉彥（音譯）解釋說，“迄今為止,，石墨烯已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,，包括在交通、醫(yī)藥,、電子和能源等領(lǐng)域,。我們展示了石墨烯在激光離子加速領(lǐng)域的另一個(gè)顛覆性應(yīng)用，其中石墨烯的獨(dú)特性發(fā)揮著不可或缺的作用,。

LSG靶的直接照射產(chǎn)生MeV質(zhì)子和碳,，從亞相對(duì)論到相對(duì)論激光強(qiáng)度，從低對(duì)比度到高對(duì)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(xiàng)研究的結(jié)果適用于開發(fā)緊湊高效的激光驅(qū)動(dòng)離子加速器,，用于癌癥治療、激光核聚變,、高能物理和實(shí)驗(yàn)室天體物理,。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(wěn)健性,。研究人員將使用原子薄的LSG作為目標(biāo)支架來加速其他無法自行承受的材料,，他們還展示了非相對(duì)論強(qiáng)度下的高能離子加速。此外,，即使在極薄的靶區(qū)沒有等離子反射鏡,，也可以實(shí)現(xiàn)高能離子加速，這開啟了激光驅(qū)動(dòng)離子加速的新機(jī)制,。