Collimated jets of beryllium, carbon, oxygen, fluorine, and palladium ions with >1MeVnucleon energies are observed from the rear surface of thin foils irradiated with laser intensities of up to 5×1019Wcm2. The normally dominant proton acceleration is suppressed when the target is subjected to Joule heating to remove hydrogen-bearing contaminant. This inhibits screening effects and permits effective energy transfer to and acceleration of heavier ion species. The influence of remnant protons on the spectral shape of the next highest charge-to-mass ratio species is shown. Particle-in-cell simulations confirming the experimental findings are presented.

1.
R.
Decoste
and
B. H.
Ripin
,
Phys. Rev. Lett.
40
,
34
(
1978
).
2.
C.
Joshi
,
M. C.
Richardson
, and
G. D.
Enright
,
Appl. Phys. Lett.
34
,
625
(
1979
).
3.
S. G.
Gitomer
,
R. D.
Jones
,
F.
Begay
,
A. W.
Ehler
,
J. F.
Kephart
, and
R.
Kristal
,
Phys. Fluids
29
,
2679
(
1986
).
4.
S. P.
Hatchett
,
C. G.
Brown
,
T. E.
Cowan
,
E. A.
Henry
,
J. S.
Johnson
,
M. H.
Key
,
J. A.
Koch
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
,
A. J.
Mackinnon
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. W.
Phillips
,
M.
Roth
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
R. A.
Snavely
,
M. A.
Stoyer
,
S. C.
Wilks
, and
K.
Yasuike
,
Phys. Plasmas
7
,
2076
(
2000
).
5.
E. L.
Clark
,
K.
Krushelnick
,
J. R.
Davies
,
M.
Zepf
,
M.
Tatarakis
,
F. N.
Beg
,
A.
Machacek
,
P. A.
Norreys
,
M. I.
Santala
,
I.
Watts
, and
A. E.
Dangor
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
670
(
2000
).
6.
S. C.
Wilks
,
A. B.
Langdon
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
M.
Singh
,
S. P.
Hatchett
,
M. H.
Key
,
D.
Pennington
,
A. J.
MacKinnon
, and
R. A.
Snavely
,
Phys. Plasmas
8
,
542
(
2001
).
7.
J.
Fuchs
,
Y.
Sentoku
,
S.
Karsch
,
J.
Cobble
,
P.
Audebert
,
A.
Kemp
,
A.
Nikroo
,
P.
Antici
,
E.
Brambrink
,
A.
Blazevic
,
E. M.
Campbell
,
J. C.
Fernandez
,
J.-C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
H.
Pepin
,
H.
Popescu
,
N.
Renard-LeGalloudec
,
M.
Roth
,
J.
Schreiber
,
R.
Stephens
, and
T. E.
Cowan
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
045004
(
2005
).
8.
A.
Maksimchuk
,
S.
Gu
,
K.
Flippo
,
D.
Umstadter
, and
V. Y.
Bychenkov
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
4108
(
2000
).
9.
T. E.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
H.
Ruhl
,
A.
Kemp
,
P.
Audebert
,
M.
Roth
,
R.
Stephens
,
I.
Barton
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
,
J.
Cobble
,
J.
Fernandez
,
J.-C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
J.
Kaae
,
S.
Karsch
,
G. P.
Le Sage
,
S.
Letzring
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
A.
Newkirk
,
H.
Pepin
, and
N.
Renard-LeGalloudec
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
204801
(
2004
).
10.
H.
Ruhl
,
J.
Fuchs
, and
T.
Cowan
,
Phys. Plasmas
11
,
L17
(
2004
);
G.
Rusch
,
E.
Winkel
,
A.
Noll
, and
W.
Heinrich
,
Nucl. Tracks Radiat. Meas.
19
,
261
(
1991
).
11.
T.
Esirkepov
,
S. V.
Bulanov
,
K.
Nishihara
,
T.
Tajima
,
F.
Pegoraro
,
V. S.
Khoroshkov
,
K.
Mima
,
H.
Daido
,
Y.
Kato
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Nagai
, and
S.
Sakabe
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
175003
(
2002
).
12.
M.
Roth
,
T. E.
Cowan
,
J. C.
Gauthier
,
M.
Allen
,
P.
Audebert
,
A.
Blazevic
,
J.
Fuchs
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
J.
Meyer-ter-Vehn
,
A.
Pukhov
, and
T.
Schlegel
,
Phys. Rev. ST Accel. Beams
5
,
061301
(
2002
).
13.
M.
Roth
,
M.
Allen
,
P.
Audebert
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
,
T. E.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
J. C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
J.
Meyer-ter-Vehn
,
H.
Ruhl
,
T.
Schlegel
, and
R.
Stephens
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
44
,
B99
(
2002
).
14.
J. J.
Thomson
,
Philos. Mag.
21
,
225
(
1911
).
15.
G.
Rusch
,
E.
Winkel
,
A.
Noll
, and
W.
Heinrich
,
Nucl. Tracks Radiat. Meas.
19
,
261
(
1991
).
16.
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
G.
Pretzler
,
D.
Habs
,
K.
Witte
,
W.
Guenther
,
M.
Allen
,
A.
Blazevic
,
J.
Fuchs
,
J. C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
P.
Audebert
,
T.
Cowan
, and
M.
Roth
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
085002
(
2002
).
17.
D. W.
Forslund
and
J. U.
Brackbill
,
Phys. Rev. Lett.
48
,
1614
(
1982
).
18.
M.
Allen
,
P. K.
Patel
,
A.
Mackinnon
,
D.
Price
,
S.
Wilks
, and
E.
Morse
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
265004
(
2004
).
19.
P.
Patel
,
A. J.
Mackinnon
,
M. H.
Key
,
T. E.
Cowan
,
M. E.
Foord
,
M.
Allen
,
D. F.
Price
,
H.
Ruhl
,
P. T.
Springer
, and
R.
Stephens
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
125004
(
2003
).
20.
R. A.
Snavely
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
T. W.
Phillips
,
M. A.
Stoyer
,
E. A.
Henry
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
S. C.
Wilks
,
A.
MacKinnon
,
A.
Orenberger
,
D. M.
Pennington
,
K.
Yasuike
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
J.
Johnson
,
M. D.
Perry
, and
E. M.
Campbell
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
2945
(
2000
).
21.
M.
Allen
,
Y.
Sentoku
,
P.
Audebert
,
A.
Blazevic
,
T.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
J. C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
E.
Morse
,
P. K.
Patel
, and
M.
Roth
,
Phys. Plasmas
10
,
3283
(
2003
).
22.
K.
Nemoto
,
T.
Fujii
,
Y.
Oishi
, and
T.
Nayuki
,
Proceedings of SPIE Vol. 5228 ECLIM 2003: 27th European Conference on Laser Interaction with Matter
, edited by
O. E.
Krokhin
(
SPIE, Bellingham, WA
,
2003
), p.
438
.
23.
J. C.
Hamilton
and
J. M.
Blakely
,
Surf. Sci.
91
,
199
(
1980
).
24.
K.-W. L.
Ramsier
and
J. T.
Yates
, Jr.
,
J. Vac. Sci. Technol. A
13
,
188
(
1995
).
25.
R. E. W.
Pfund
,
R.
Lichters
, and
J.
Meyer-ter-Vehn
, in
Superstrong Fields in Plasmas
, edited by
M.
Lontano
,
G.
Mourou
,
F.
Pegoraro
, and
E.
Sindoni
,
AIP Conf. Proc.
No.
426
(
AIP
, Woodbury, NY,
1998
).
26.
A. J.
Mackinnon
,
Y.
Sentoku
,
P. K.
Patel
,
D. W.
Price
,
S.
Hatchett
,
M. H.
Key
,
C.
Andersen
,
R.
Snavely
, and
R. R.
Freeman
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
215006
(
2002
).
You do not currently have access to this content.