Powerful nanosecond laser-plasma processes are explored to generate discharge currents of a few 100 kA in coil targets, yielding magnetostatic fields (B-fields) in excess of 0.5 kT. The quasi-static currents are provided from hot electron ejection from the laser-irradiated surface. According to our model, which describes the evolution of the discharge current, the major control parameter is the laser irradiance Ilasλlas2. The space-time evolution of the B-fields is experimentally characterized by high-frequency bandwidth B-dot probes and proton-deflectometry measurements. The magnetic pulses, of ns-scale, are long enough to magnetize secondary targets through resistive diffusion. We applied it in experiments of laser-generated relativistic electron transport through solid dielectric targets, yielding an unprecedented 5-fold enhancement of the energy-density flux at 60 μm depth, compared to unmagnetized transport conditions. These studies pave the ground for magnetized high-energy density physics investigations, related to laser-generated secondary sources of radiation and/or high-energy particles and their transport, to high-gain fusion energy schemes, and to laboratory astrophysics.

1.
D.
Engel
and
G.
Wünner
,
Phys. Rev. A
78
,
032515
(
2008
).
2.
A.
Spitkovsky
,
Astrophys. J.
682
,
L5
L8
(
2008
).
3.
Y.
Matsumoto
,
T.
Amano
,
T. N.
Kato
, and
M.
Hoshino
,
Science
347
,
974
(
2015
).
4.
B. A.
Remington
,
R. P.
Drake
, and
D. D.
Ryutov
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
755
807
(
2006
).
5.
W.
Fox
,
G.
Fiksel
,
A.
Bhattacharjee
,
P.-Y.
Chang
,
K.
Germaschewski
,
S. X.
Hu
, and
P. M.
Nilson
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
225002
(
2013
).
6.
C. M.
Huntington
,
F.
Fiuza
,
J. S.
Ross
,
A. B.
Zylstra
,
R. P.
Drake
,
D. H.
Froula
,
G.
Gregori
,
N. L.
Kugland
,
C. C.
Kuranz
,
M. C.
Levy
 et al.,
Nat. Phys.
11
,
173
176
(
2015
).
7.
P. Y.
Chang
,
G.
Fiksel
,
M.
Hohenberger
,
J. P.
Knauer
,
R.
Betti
,
F. J.
Marshall
,
D. D.
Meyerhofer
,
F. H.
Séguin
, and
R. D.
Petrasso
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
035006
(
2011
).
8.
D.
Strozzi
,
M.
Tabak
,
D. J.
Larson
,
L.
Divol
,
A. J.
Kemp
,
C.
Bellei
,
M. M.
Marinak
, and
M. H.
Key
,
Phys. Plasmas
19
,
072711
(
2012
).
9.
L. J.
Perkins
,
B. G.
Logan
,
G. B.
Zimmerman
, and
C. J.
Werner
,
Phys. Plasmas
20
,
072708
(
2013
).
10.
A.
Macchi
,
M.
Borghesi
, and
M.
Passoni
,
Rev. Mod. Phys.
85
(
2
),
751
(
2013
).
11.
A.
Arefiev
,
T.
Toncian
, and
G.
Fiksel
,
New J. Phys.
18
,
105011
(
2016
).
12.
D.
Lai
,
Rev. Mod. Phys.
73
(
3
),
629
661
(
2001
).
13.
B. N.
Murdin
,
J.
Li
,
M. L. Y.
Pang
,
E. T.
Bowyer
,
K. L.
Litvinenko
,
S. K.
Clowes
,
H.
Engelkamp
,
C. R.
Pidgeon
,
I.
Galbraith
 et al.,
Nat. Commun.
4
,
1469
(
2013
).
14.
T.
Sano
,
T.
Inoue
, and
K.
Nishihara
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
205001
(
2013
).
15.
A.
Ciardi
,
T.
Vinci
,
J.
Fuchs
,
B.
Albertazzi
,
C.
Riconda
,
H.
Pépin
, and
O.
Portugall
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
025002
(
2013
).
16.
G.
Fiksel
,
W.
Fox
,
A.
Bhattacharjee
,
D. H.
Barnak
,
P.-Y.
Chang
,
K.
Germaschewski
,
S. X.
Hu
, and
P. M.
Nilson
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
105003
(
2014
).
17.
B.
Albertazzi
,
A.
Ciardi
,
M.
Nakatsutsumi
,
T.
Vinci
,
J.
Béard
,
R.
Bonito
,
J.
Billette
,
M.
Borghesi
,
Z.
Burkley
,
S. N.
Chen
 et al.,
Science
346
(
6207
),
325
328
(
2014
).
18.
G.
Revet
,
S. N.
Chen
,
R.
Bonito
,
B.
Khiar
,
E.
Filippov
,
C.
Argiroffi
,
D. P.
Higginson
,
S.
Orlando
,
J.
Béard
,
M.
Blecher
 et al.,
Sci. Adv.
3
(
11
),
e1700982
(
2017
).
19.
B. B.
Pollock
,
D. H.
Froula
,
P. F.
Davis
,
J. S.
Ross
,
S.
Fulkerson
,
J.
Bower
,
J.
Satariano
,
D.
Price
,
K.
Krushelnick
, and
S. H.
Glenzer
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
114703
(
2006
).
20.
O. V.
Gotchev
,
J. P.
Knauer
,
P. Y.
Chang
,
N. W.
Jang
,
M. J.
Shoup
,
D. D.
Meyerhofer
, and
R.
Betti
,
Rev. Sci. Instrum.
80
,
043504
(
2009
).
21.
B.
Albertazzi
,
J.
Béard
,
A.
Ciardi
,
T.
Vinci
,
J.
Albrecht
,
J.
Billette
,
T.
Burris-Mog
,
S. N.
Chen
,
D.
Da Silva
,
S.
Dittrich
 et al.,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
043505
(
2013
).
22.
H.
Daido
,
F.
Miki
,
K.
Mima
,
M.
Fujita
,
K.
Sawai
,
H.
Fujita
,
Y.
Kitagawa
,
S.
Nakai
, and
C.
Yamanaka
,
Phys. Rev. Lett.
56
,
846
(
1986
).
23.
J. J.
Santos
,
M.
Bailly-Grandvaux
,
L.
Giuffrida
,
P.
Forestier-Colleoni
,
S.
Fujioka
,
Z.
Zhang
,
P.
Korneev
,
R.
Bouillaud
,
S.
Dorard
,
D.
Batani
 et al.,
New J. Phys.
17
,
083051
(
2015
).
24.
K. F. F.
Law
,
M.
Bailly-Grandvaux
,
A.
Morace
,
S.
Sakata
,
K.
Matsuo
,
S.
Kojima
,
S.
Lee
,
X.
Vaisseau
,
Y.
Arikawa
,
A.
Yogo
 et al.,
Appl. Phys. Lett.
108
,
091104
(
2016
).
25.
M.
Bailly-Grandvaux
,
J. J.
Santos
,
C.
Bellei
,
P.
Forestier-Colleoni
,
S.
Fujioka
,
L.
Giuffrida
,
J. J.
Honrubia
,
D.
Batani
,
R.
Bouillaud
,
M.
Chevrot
 et al.,
Nat. Commun.
9
,
102
(
2018
).
26.
S.
Fujioka
,
Z.
Zhang
,
K.
Ishihara
,
K.
Shigemori
,
Y.
Hironaka
,
T.
Johzaki
,
A.
Sunahara
,
N.
Yamamoto
,
H.
Nakashima
,
T.
Watanabe
 et al.,
Sci. Rep.
3
,
1170
(
2013
).
27.
C.
Goyon
,
B. B.
Pollock
,
D. P.
Turnbull
,
A.
Hazi
,
L.
Divol
,
W. A.
Farmer
,
D.
Haberberger
,
J.
Javedani
,
A. J.
Johnson
,
A.
Kemp
 et al.,
Phys. Rev. E
95
,
033208
(
2017
).
28.
V. T.
Tikhonchuk
,
M.
Bailly-Grandvaux
,
J. J.
Santos
, and
A.
Poyé
,
Phys. Rev. E
96
,
023202
(
2017
).
29.
O.
Chubar
,
P.
Elleaume
, and
J.
Chavanne
, see http://www.esrf.eu/Accelerators/Groups/InsertionDevices/Software/Radia for RADIA, a fast multiplatform software dedicated to 3D magnetostatics computation,
1997
.
30.
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
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
85
,
2945
(
2000
).
31.
S. C.
Wilks
and
M.
Black
, see https://github.com/LLNL/prorad for PRORAD, a general-purpose proton radiography simulation tool (
2017
).
32.
J. M.
Greene
and
J. L.
Johnson
,
Plasma Phys.
10
,
729
(
1968
).
33.
J. J.
Santos
,
F.
Amiranoff
,
S. D.
Baton
,
L.
Gremillet
,
M.
Koenig
,
E.
Martinolli
,
M.
Rabec Le Gloahec
,
C.
Rousseaux
,
D.
Batani
,
A.
Bernardinello
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
89
,
025001
(
2002
).
34.
A.
Debayle
,
J. J.
Honrubia
,
E.
d'Humières
, and
V. T.
Tikhonchuk
,
Phys. Rev. E
82
,
036405
(
2010
).
35.
L.
Gremillet
,
G.
Bonnaud
, and
F.
Amiranoff
,
Phys. Plasmas
9
,
941
948
(
2002
).
36.
J. C.
Adam
,
A.
Héron
, and
G.
Laval
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
205006
(
2006
).
37.
T. D.
Arber
,
K.
Bennett
,
C. S.
Brady
,
A.
Lawrence-Douglas
,
M. G.
Ramsay
,
N. J.
Sircombe
,
P.
Gillies
,
R. G.
Evans
,
H.
Schmitz
,
A. R.
Bell
, and
C. P.
Ridgers
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
57
,
113001
(
2015
).
38.
A. V.
Arefiev
,
A. P. L.
Robinson
, and
V. N.
Khudik
,
J. Plasma Phys.
81
,
475810404
(
2015
).
39.
A. V.
Arefiev
,
V. N.
Khudik
,
A. P. L.
Robinson
,
G.
Shvets
,
L.
Willingale
, and
M.
Schollmeier
,
Phys. Plasmas
23
,
056704
(
2016
).
40.
R.
Florido
,
R.
Rodríguez
,
J. M.
Gil
,
J. G.
Rubiano
,
P.
Martel
,
E.
Mínguez
, and
R. C.
Mancini
,
Phys. Rev. E
80
,
056402
(
2009
).
41.
A.
Calisti
,
F.
Khelfaoui
,
R.
Stamm
,
B.
Talin
, and
R. W.
Lee
,
Phys. Rev. A
42
,
5433
(
1990
).
42.
S.
Ferri
,
A.
Calisti
,
C.
Mossé
,
L.
Mouret
,
B.
Talin
,
M. A.
Gigosos
,
M. A.
González
, and
V.
Lisitsa
,
Phys. Rev. E
84
,
026407
(
2011
).
43.
P.
Beiersdorfer
,
E. W.
Magee
,
G. V.
Brown
,
H.
Chen
,
J.
Emig
,
N.
Hell
,
M.
Bitter
,
K. W.
Hill
,
P.
Allan
,
C. R. D.
Brown
 et al.,
Rev. Sci. Instrum.
87
,
063501
(
2016
).
You do not currently have access to this content.