高強度磁場で支配されるレーザー駆動の極限状態の生成と新機能の創出

本研究課題は、集光強度が10^{20-22} W/cm^{2} の高強度レーザーと物質との相互作用において、ナノ工学・リソグラフィー技術によるサブマイクロメートルオーダの微細構造を付与した物質を用いることで、圧力が数M～数10 Gbar(気圧)の高エネルギー密度プラズマを生成するとともに、この過程で現出するTV/mオーダの強電場と kTオーダの強磁場を制御することでプラズマに自己組織化機能を発現できるとの着想に基づき、微細構造を適切に選択することで、慣性時間を超えてプラズマを長時間“閉じ込める”方法論を開拓することを目的とする。今年度は、これまで培った電子線リソグラフィーとプラズマエッチング技術の進展を背景に、直径100nmオーダの微小サイズの高アスペクト比（高さ／直径～50）のロッド集合体の開発を行うとともに、これまでの格子状の構造から、レーザーとの相互作用過程において高強度の磁場生成に有利な空間充填率に一定に保ったランダムな構造を有するロッド集合体を作製した。また、レーザー光を閉じ込めるメタマテリアルの概念を導入することにより、磁場生成の起源である電流を長時間維持する加速器様の機能を有する構造体の作製に成功した。また、作製した構造性媒質を用いたレーザー照射実験の環境整備（光学系の構築・観測機器の作製と設置）を実施した。具体的には、レーザー光を直径数マイクロメートルにまで集光させ、安定した照射実験が可能となるよう、ビームパターンの調整手法を修得した。さらに、プラズマの電子温度とエネルギーを計測するための電子スペクトルメータを作製し、複数回の予備実験により安定して動作することを確認した。

本研究課題は、集光強度が10^{20-22} W/cm^{2} の高強度レーザーと物質との相互作用において、ナノ工学・リソグラフィー技術によるサブマイクロメートルオーダの微細構造を付与した物質を用いることで、圧力が数M～数10 Gbar(気圧)の高エネルギー密度プラズマを生成するとともに、この過程で現出するTV/mオーダの強電場と kTオーダの強磁場を制御することでプラズマに自己組織化機能を発現できるとの着想に基づき、微細構造を適切に選択することで、慣性時間を超えてプラズマを長時間“閉じ込める”方法論を開拓することを目的とする。今年度は、これまで培った電子線リソグラフィーとプラズマエッチング技術の進展を背景に、直径100nmオーダの微小サイズの高アスペクト比（高さ／直径～50）のロッド集合体の開発を行うとともに、これまでの格子状の構造から、レーザーとの相互作用過程において高強度の磁場生成に有利な空間充填率に一定に保ったランダムな構造を有するロッド集合体を作製した。また、レーザー光を閉じ込めるメタマテリアルの概念を導入することにより、磁場生成の起源である電流を長時間維持する加速器様の機能を有する構造体の作製に成功した。また、作製した構造性媒質を用いたレーザー照射実験の環境整備（光学系の構築・観測機器の作製と設置）を実施した。具体的には、レーザー光を直径数マイクロメートルにまで集光させ、安定した照射実験が可能となるよう、ビームパターンの調整手法を修得した。さらに、プラズマの電子温度とエネルギーを計測するための電子スペクトルメータを作製し、複数回の予備実験により安定して動作することを確認した。