We use particle-in-cell modeling to identify the acceleration mechanism responsible for the observed generation of super-hot electrons in ultra-intense laser-plasma interactions with solid targets with pre-formed plasma. We identify several features of direct laser acceleration that drive the generation of super-hot electrons. We find that, in this regime, electrons that become super-hot are primarily injected by a looping mechanism that we call loop-injected direct acceleration.
REFERENCES
1.
E. L.
Clark
, K.
Krushelnick
, J. R.
Davies
, M.
Zepf
, M.
Tatarakis
, F. N.
Beg
, A.
Machacek
, P. A.
Norreys
, M. I. K.
Santala
, I.
Watts
, and A. E.
Dangor
, Phys. Rev. Lett.
84
, 670
(2000
).2.
A.
Maksimchuk
, S.
Gu
, K.
Flippo
, D.
Umstadter
, and V. Y.
Bychenkov
, Phys. Rev. Lett.
84
, 4108
(2000
).3.
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.
Offenberger
, 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
).4.
M. M.
Murnane
, H. C.
Kapteyn
, and R. W.
Falcone
, Phys. Rev. Lett.
62
, 155
(1989
).5.
S.
Kneip
, C.
McGuffey
, S. R.
Nagel
, C.
Palmer
, C.
Bellei
, J.
Schreiber
, C.
Huntington
, F.
Dollar
, T.
Matsuoka
, V.
Chvykov
, G.
Kalintchenko
, V.
Yanovsky
, A.
Maksimchuk
, K.
Ta Phuoc
, S. P. D.
Mangles
, K.
Krushelnick
, and Z.
Najmudin
, Proc. SPIE
7359
, 73590
T (2009
).6.
B. A.
Remington
, D.
Arnett
, R. P.
Drake
, and H.
Takabe
, Science
284
, 1488
(1999
).7.
H.
Chen
, S. C.
Wilks
, J. D.
Bonlie
, E. P.
Liang
, J.
Myatt
, D. F.
Price
, D. D.
Meyerhofer
, and P.
Beiersdorfer
, Phys. Rev. Lett.
102
, 105001
(2009
).8.
S.
Mangles
, C. D.
Murphy
, Z.
Najmudin
, A.
Thomas
, J. L.
Collier
, A. E.
Dangor
, E. J.
Divall
, P. S.
Foster
, J. G.
Gallacher
, C. J.
Hooker
, D. A.
Jaroszynski
, A. J.
Langley
, W. B.
Mori
, P. A.
Norreys
, F. S.
Tsung
, R.
Viskup
, B. R.
Walton
, and K.
Krushelnick
, Nature
431
, 535
(2004
).9.
S. C.
Wilks
, W. L.
Kruer
, M.
Tabak
, and A. B.
Langdon
, Phys. Rev. Lett.
69
, 1383
(1992
).10.
F. N.
Beg
, A. R.
Bell
, A. E.
Dangor
, C. N.
Danson
, A. P.
Fews
, M. E.
Glinsky
, B. A.
Hammel
, P.
Lee
, P. A.
Norreys
, and M.
Tatarakis
, Phys. Plasmas
4
, 447
(1997
).11.
T.
Yabuuchi
, K.
Adumi
, H.
Habara
, R.
Kodama
, K.
Kondo
, T.
Tanimoto
, K. A.
Tanaka
, Y.
Sentoku
, T.
Matsuoka
, Z. L.
Chen
, M.
Tampo
, A. L.
Lei
, and K.
Mima
, Phys. Plasmas
14
, 040706
(2007
).12.
H.
Chen
, S. C.
Wilks
, W. L.
Kruer
, P. K.
Patel
, and R.
Shepperd
, Phys. Plasmas
16
, 020705
(2009
).13.
T.
Tanimoto
, H.
Habara
, R.
Kodama
, M.
Nakatsutsumi
, K. A.
Tanaka
, K. L.
Lancaster
, J. S.
Green
, R. H. H.
Scott
, M.
Sherlock
, P. A.
Norreys
, R. G.
Evans
, M. G.
Haines
, S.
Kar
, M.
Zepf
, J.
King
, T.
Ma
, M. S.
Wei
, T.
Yabuuchi
, F. N.
Beg
, M. H.
Key
, P.
Nilson
, R. B.
Stephens
, H.
Azechi
, K.
Nagai
, T.
Norimatsu
, K.
Takeda
, J.
Valente
, and J. R.
Davies
, Phys. Plasmas
16
, 062703
(2009
).14.
A.
Link
, R. R.
Freeman
, D. W.
Schumacher
, and L. D. V.
Woerkom
, Phys. Plasmas
18
, 053107
(2011
).15.
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
).16.
K. U.
Akli
, M. J.
Storm
, M.
McMahon
, S.
Jiang
, V.
Ovchinnikov
, D. W.
Schumacher
, R. R.
Freeman
, G.
Dyer
, and T.
Ditmire
, Phys. Rev. E
86
, 026404
(2012
).17.
M. G.
Haines
, M. S.
Wei
, F. N.
Beg
, and R. B.
Stephens
, Phys. Rev. Lett.
102
, 045008
(2009
).18.
T.
Kluge
, T.
Cowan
, A.
Debus
, U.
Schramm
, K.
Zeil
, and M.
Bussmann
, Phys. Rev. Lett.
107
, 205003
(2011
).19.
A.
Pukhov
and J.
Meyer-ter-Vehn
, Phys. Plasmas
5
, 1880
(1998
).20.
A.
Pukhov
, A.-M.
Sheng
, and J.
Meyer-ter-Vehn
, Phys. Plasmas
6
, 2847
(1999
).21.
C.
Gahn
, G. D.
Tsakiris
, A.
Pukhov
, J.
Meyer-ter-Vehn
, G.
Pretzler
, P.
Thirolf
, D.
Habs
, and K. J.
Witte
, Phys. Rev. Lett.
83
, 4772
(1999
).22.
S. P. D.
Mangles
, B. R.
Walton
, M.
Tzoufras
, Z.
Najmudin
, R. J.
Clarke
, A. E.
Dangor
, R. G.
Evans
, S.
Fritzler
, A.
Gopal
, C.
Hernandez-Gomez
, W. B.
Mori
, W.
Rozmus
, M.
Tatarakis
, A. G. R.
Thomas
, F. S.
Tsung
, M. S.
Wei
, and K.
Krushelnick
, Phys. Rev. Lett.
94
, 245001
(2005
).23.
J.
Meyer-ter-Vehn
and Z. M.
Sheng
, Phys. Plasmas
6
, 641
(1999
).24.
M.
Tanimoto
, S.
Kato
, E.
Miura
, N.
Saito
, K.
Koyama
, and J. K.
Koga
, Phys. Rev. E
68
, 026401
(2003
).25.
B. S.
Paradkar
, M. S.
Wei
, T.
Yabuuchi
, R. B.
Stephens
, M. G.
Haines
, S. I.
Krasheninnikov
, and F. N.
Beg
, Phys. Rev. E
83
, 046401
(2011
).26.
S. A.
Gaillard
, T.
Kluge
, K. A.
Flippo
, M.
Bussmann
, B.
Gall
, T.
Lockard
, M.
Geissel
, D. T.
Offermann
, M.
Schollmeier
, Y.
Sentoku
, and T. E.
Cowan
, Phys. Plasmas
18
, 056710
(2011
).27.
T.
Kluge
, S. A.
Gaillard
, K. A.
Flippo
, T.
Burris-Mog
, W.
Enghardt
, B.
Gall
, M.
Geissel
, A.
Helm
, S. D.
Kraft
, T.
Lockard
, J.
Metzkes
, D. T.
Offermann
, M.
Schollmeier
, U.
Schramm
, K.
Zeil
, M.
Bussmann
, and T. E.
Cowan
, New J. Phys.
14
, 023038
(2012
).28.
A. V.
Arefiev
, B. N.
Breizman
, M.
Schollmeier
, and V. N.
Khudik
, Phys. Rev. Lett.
108
, 145004
(2012
).29.
A. P. L.
Robinson
, A. V.
Arefiev
, and D.
Neely
, Phys. Rev. Lett.
111
, 065002
(2013
).30.
A. J.
Kemp
and L.
Divol
, Phys. Rev. Lett.
109
, 195005
(2012
).31.
K. T.
McDonald
, Phys. Rev. Lett.
80
, 1350
(1998
).32.
P.
Mora
and B.
Quesnel
, Phys. Rev. Lett.
80
, 1351
(1998
).33.
B.
Quesnel
and P.
Mora
, Phys. Rev. E
58
, 3719
(1998
).34.
A.
Maltsev
and T.
Ditmire
, Phys. Rev. Lett.
90
, 053002
(2003
).35.
J.-H.
Yang
, R. S.
Craxton
, and M. G.
Haines
, Plasma Phys. Controlled Fusion
53
, 125006
(2011
).36.
D. R.
Welch
, D. V.
Rose
, M. E.
Cuneo
, R. B.
Campbell
, and T. A.
Mehlhorn
, Phys. Plasmas
13
, 063105
(2006
).37.
S. L.
Pape
, Y. Y.
Tsui
, A.
Macphee
, D.
Hey
, P.
Patel
, A.
Mackinnon
, M.
Key
, M.
Wei
, T.
Ma
, F. N.
Beg
, R.
Stephens
, K.
Akli
, T.
Link
, L.
Van-Woerkom
, and R. R.
Freeman
, Opt. Lett.
34
, 2997
(2009
).38.
Y.
Ping
, R.
Shepherd
, B. F.
Lasinski
, M.
Tabak
, H.
Chen
, H. K.
Chung
, K. B.
Fournier
, S. B.
Hansen
, A.
Kemp
, D. A.
Liedahl
, K.
Widmann
, S. C.
Wilks
, W.
Rozmus
, and M.
Sherlock
, Phys. Rev. Lett.
100
, 085004
(2008
).39.
40.
41.
D. W.
Schumacher
, G. E.
Kemp
, A.
Link
, R. R.
Freeman
, and L. D. V.
Woerkom
, Phys. Plasmas
18
, 013102
(2011
).42.
Y.
Ping
, A. J.
Kemp
, L.
Divol
, M. H.
Key
, P. K.
Patel
, K. U.
Akli
, F. N.
Beg
, S.
Chawla
, C. D.
Chen
, R. R.
Freeman
, D.
Hey
, D. P.
Higginson
, L. C.
Jarrott
, G. E.
Kemp
, A.
Link
, H. S.
McLean
, H.
Sawada
, R. B.
Stephens
, D.
Turnbull
, B.
Westover
, and S. C.
Wilks
, Phys. Rev. Lett.
109
, 145006
(2012
).43.
E. F.
Lefebvre
and G.
Bonnaud
, Phys. Rev. Lett.
74
, 2002
(1995
).44.
J. A.
Stamper
, K.
Papadopoulos
, R. N.
Sudan
, S. O.
Dean
, and E. A.
McLean
, Phys. Rev. Lett.
26
, 1012
(1971
).45.
R. J.
Mason
and M.
Tabak
, Phys. Rev. Lett.
80
, 524
(1998
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.