Laser interaction with a nanobrush target plasma is investigated at the SILEX-I laser facility [X. F. Wei et al., J. Phys. Conf. Ser.112, 032010 (2008)] with a laser of intensity 7.9×1018W/cm2. Highly collimated fast electron beams with yields of more than three times higher than that from the planar target can be produced. Two-dimensional particle-in-cell simulation confirms that a layered surface structure can increase the efficiency of laser energy absorption, and the resulting fast electrons are tightly collimated and guided by the plasma layers to a cross section of about the laser spot size.

1.
R. B.
Stephens
,
R. A.
Snavely
,
Y.
Aglitskiy
,
F.
Amiranoff
,
C.
Andersen
,
D.
Batani
,
S. D.
Baton
,
T.
Cowan
,
R. R.
Freeman
,
T.
Hall
,
S. P.
Hatchett
,
J. M.
Hill
,
M. H.
Key
,
J. A.
King
,
J. A.
Koch
,
M.
Koenig
,
A. J.
MacKinnon
,
K. L.
Lancaster
,
E.
Martinolli
,
P.
Norreys
,
E.
Perelli-Cippo
,
M.
Rabec Le Gloahec
,
C.
Rousseaux
,
J. J.
Santos
, and
F.
Scianitti
,
Phys. Rev. E
69
,
066414
(
2004
).
2.
V. I.
Eremin
,
A. V.
Korzhimanov
, and
A. V.
Kim
,
Phys. Plasmas
17
,
043102
(
2010
).
3.
S.
Kar
,
A. P. L.
Robinson
,
D. C.
Carroll
,
O.
Lundh
,
K.
Markey
,
P.
McKenna
,
P.
Morreys
, and
M.
Zepf
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
055001
(
2009
).
4.
H.
Nakamura
,
B.
Chrisman
,
T.
Tanimoto
,
M.
Borghesi
,
K.
Kondo
,
M.
Nakatsutsumi
,
T.
Norimatsu
,
M.
Tampo
,
K. A.
Tanaka
,
T.
Yabuuchi
,
Y.
Sentoku
, and
R.
Kodama
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
045009
(
2009
).
5.
J.
Fuchs
,
P.
Antici
,
E.
D’Humières
,
E.
Lefebvre
,
M.
Borghesi
,
E.
Brambrink
,
C. A.
Cecchetti
,
M.
Kaluza
,
V.
Malka
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
P.
Mora
,
J.
Schreiber
,
T.
Toncian
, and
H.
Pépin
,
Nat. Phys.
2
,
48
(
2006
).
6.
S.
Ter-Avetisyan
,
M.
Schnürer
,
P. V.
Nickles
,
W.
Sandner
,
M.
Borghesi
,
T.
Nakamura
, and
K.
Mima
,
Phys. Plasmas
17
,
063101
(
2010
).
7.
A.
Rousse
,
C.
Rischel
, and
J. -C.
Gauthier
,
Rev. Mod. Phys.
73
,
17
(
2001
).
8.
L. M.
Chen
,
F.
Liu
,
W. M.
Wang
,
M.
Kando
,
J. Y.
Mao
,
L.
Zhang
,
J. L.
Ma
,
Y. T.
Li
,
S. V.
Balanov
,
T.
Tajima
,
T.
Kato
,
Z. M.
Sheng
,
Z. Y.
Wei
, and
J.
Zhang
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
215004
(
2010
).
9.
U.
Teubner
and
P.
Gibbon
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
445
(
2009
).
10.
M.
Tabak
,
J.
Hammer
,
M. E.
Glinsky
,
W. L.
Kruer
,
S. C.
Wilks
,
J.
Woodworth
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
R. J.
Mason
,
Phys. Plasmas
1
,
1626
(
1994
).
11.
K. A.
Tanaka
,
T.
Yabuuchi
,
T.
Sato
,
R.
Kodama
,
Y.
Kitagawa
,
T.
Takahashi
,
T.
Ikeda
,
Y.
Honda
, and
S.
Okuda
,
Rev. Sci. Instrum.
76
,
013507
(
2005
).
12.
K. L.
Lancaster
,
J. S.
Green
,
D. S.
Hey
,
K. U.
Akli
,
J. R.
Davies
,
R. J.
Clarke
,
R. R.
Freeman
,
H.
Habara
,
M. H.
Key
,
R.
Kodama
,
K.
Krushelnick
,
C. D.
Murphy
,
M.
Nakatsutsumi
,
P.
Simpson
,
R.
Stephens
,
C.
Stoeckl
,
T.
Yabuuchi
,
M.
Zepf
, and
P. A.
Norreys
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
125002
(
2007
).
13.
R.
Kodama
,
P. A.
Norreys
,
K.
Mima
,
A. E.
Dangor
,
R. G.
Evans
,
H.
Fujita
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Krushelnick
,
T.
Miyakoshi
,
N.
Miyanaga
,
T.
Norimatsu
,
S. J.
Rose
,
T.
Shozaki
,
K.
Shigemori
,
A.
Sunahara
,
M.
Tampo
,
K. A.
Tanaka
,
Y.
Toyama
,
Y.
Yamanaka
, and
M.
Zepf
,
Nature (London)
412
,
798
(
2001
).
14.
R.
Kodama
,
Y.
Sentoku
,
Z. L.
Chen
,
G. R.
Kumar
,
S. P.
Hatchett
,
Y.
Toyama
,
T. E.
Cowan
,
R. R.
Freeman
,
J.
Fuchs
,
Y.
Izawa
,
M. H.
Key
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Kondo
,
T.
Matsuoka
,
H.
Nakamura
,
M.
Nakatsutsumi
,
P. A.
Norreys
,
T.
Norimatsu
,
R. A.
Snavely
,
R. B.
Stephens
,
M.
Tampo
,
K. A.
Tanaka
, and
T.
Yabuuchi
,
Nature (London)
432
,
1005
(
2004
).
15.
J. A.
King
,
K. U.
Akli
,
R. R.
Freeman
,
J.
Green
,
S. P.
Hatchett
,
D.
Hey
,
P.
Jamangi
,
M. H.
Key
,
J.
Koch
,
K. L.
Lancaster
,
T.
Ma
,
A. J.
MacKinnon
,
A.
MacPhee
,
P. A.
Norreys
,
P. K.
Patel
,
T.
Phillips
,
R. B.
Stephens
,
W.
Theobald
,
R. P. J.
Town
,
L.
Van Woerkom
,
B.
Zhang
, and
F. N.
Beg
,
Phys. Plasmas
16
,
020701
(
2009
).
16.
A. L.
Lei
,
L. H.
Cao
,
X. Q.
Yang
,
K. A.
Tanaka
,
R.
Kodama
,
X. T.
He
,
K.
Mima
,
T.
Nakamura
,
T.
Norimatsu
,
W.
Yu
, and
W. Y.
Zhang
,
Phys. Plasmas
16
,
020702
(
2009
).
17.
R. B.
Campbell
,
J. S.
DeGroot
,
T. A.
Mehlhorn
,
D. R.
Welch
, and
B. V.
Oliver
,
Phys. Plasmas
10
,
4169
(
2003
).
18.
A. P. L.
Robinson
,
M.
Sherlock
, and
P. A.
Norreys
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
025002
(
2008
).
19.
C. T.
Zhou
,
X. T.
He
, and
M. Y.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
151502
(
2008
).
20.
T.
Nishikawa
,
H.
Nakano
,
N.
Uesugi
,
Mi
Nakao
, and
H
Masuda
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
4079
(
1999
).
21.
T.
Nishikawa
,
H.
Nakano
,
H.
Ahn
, and
N.
Uesugi
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
1653
(
1997
).
22.
G.
Kulcsár
,
D.
Al Mawlawi
,
F. W.
Budnik
,
P. R.
Herman
,
M.
Moskovits
,
L.
Zhao
, and
R. S.
Marjoribanks
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
5149
(
2000
).
23.
G. -Y.
Hu
,
A. -L.
Lei
,
W. -T.
Wang
,
X.
Wang
,
L. -G.
Huang
,
J. -W.
Wang
,
Y.
Xu
,
J. -S.
Liu
,
W.
Yu
,
B. -F.
Shen
,
R. -X.
Li
, and
Z. -Z.
Xu
,
Phys. Plasmas
17
,
033109
(
2010
).
24.
S.
Kahaly
,
S. K.
Yadav
,
W. M.
Wang
,
S.
Sengupta
,
Z. M.
Sheng
,
A.
Das
,
P. K.
Kaw
, and
G. R.
Kumar
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
145001
(
2008
).
25.
Y.
Ji
,
G.
Jiang
,
W.
Wu
,
C.
Wang
,
Y.
Gu
, and
Y.
Tang
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
041504
(
2010
).
26.
G. Y.
Hu
,
A. -L.
Lei
,
J. -W.
Wang
,
L. -G.
Huang
,
W. -T.
Wang
,
X.
Wang
,
Y.
Xu
,
B. -F.
Shen
,
J. -S.
Liu
,
W.
Yu
,
R. -X.
Li
, and
Z. -Z.
Xu
,
Phys. Plasmas
17
,
083102
(
2010
).
27.
X.
Lavocat-Dubuis
and
J. P.
Matte
,
Phys. Rev. E
80
,
055401
(
2009
).
28.
M.
Raynaud
,
J.
Kupersztych
,
C.
Riconda
,
J. C.
Adam
, and
A.
Héron
,
Phys. Plasmas
14
,
092702
(
2007
).
29.
H.
Xu
,
W. W.
Chang
,
H. B.
Zhuo
,
L. H.
Cao
, and
Z. W.
Yue
,
Chin. J. Comput. Phys.
19
,
305
(
2002
).
30.
L.
Cao
,
Y.
Gu
,
Z.
Zhao
,
L.
Cao
,
W.
Huang
,
W.
Zhou
,
X. T.
He
,
Wei
Yu
, and
M. Y.
Yu
,
Phys. Plasmas
17
,
043103
(
2010
).
31.
T.
Yabuuchi
,
B. S.
Paradkar
,
M. S.
Wei
,
J. A.
King
,
F. N.
Beg
,
R. B.
Stehens
,
N.
Nakanii
,
M.
Hatakeyama
,
H.
Habara
,
K.
Mima
,
K. A.
Tanaka
, and
J. T.
Larsen
,
Phys. Plasmas
17
,
060704
(
2010
).
32.
A. G.
MacPhee
,
L.
Divol
,
A. J.
Kemp
,
K. U.
Akli
,
F. N.
Beg
,
C. D.
Chen
,
H.
Chen
,
D. S.
Hey
,
R. J.
Fedosejevs
,
R. R.
Freeman
,
M.
Henesian
,
M. H.
Key
,
S.
Le Pape
,
A.
Link
,
T.
Ma
,
A. J.
Mackinnon
,
V. M.
Ovchinnikov
,
P. K.
Patel
,
T. W.
Phillips
,
R. B.
Stephens
,
M.
Tabak
,
R.
Town
,
Y. Y.
Tsui
,
L. D.
Van Woerkom
,
M. S.
Wei
, and
S. C.
Wilks
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
055002
(
2010
).
33.
H. -B.
Cai
,
K.
Mima
,
A.
Sunahara
,
T.
Johzaki
,
H.
Nagatomo
,
Z.
Shao-ping
, and
X. T.
He
,
Phys. Plasmas
17
,
023106
(
2010
).
34.
W. L.
Kruer
,
The Physics of Laser-Plasma Interactions
(
Addison-Wesley
,
Menlo Park
,
1988
).
35.
W.
Yu
,
V.
Bycheknov
,
Y.
Sentoku
,
M. Y.
Yu
,
Z. M.
Sheng
, and
K.
Mima
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
570
(
2000
).
You do not currently have access to this content.