フォトニクス：コヒーレントナノフォトニック電子加速器

粒子加速器は、産業、科学、医学のさまざまな領域で不可欠なツールである。一般的にこうした装置の設置面積は、医療用途向けの数平方メートルに始まり、大規模な研究センターのサイズに達する。フォトニックナノ構造内でのレーザー光を用いた電子加速は、コストとサイズを桁違いに小さくできる可能性のある微視的な代替手段である。輻射力を用いた複雑な電子位相空間制御を含め、誘電体レーザー加速の研究における多大な努力にもかかわらず、特筆すべきエネルギー利得はこれまで示されていない。今回我々は、粒子加速と横方向のビーム閉じ込めをコヒーレントに組み合わせて、わずか225 nm幅のチャネルにおいて500 μmというかなりの距離にわたって電子を加速し誘導する、スケーラブルなナノフォトニック電子加速器を実証する。我々は、当初の28.4 keVから40.7 keVへの実質43％のエネルギー増加に相当する、12.3 keVという最大コヒーレントエネルギー利得を観測した。我々は、今回の研究が、損傷しきい値の高い誘電体材料を利用して、最高でGeV m⁻¹の領域の高加速勾配が最小限のサイズ要件で得られるナノフォトニック加速器の出現に直接つながると予想する。こうしたオンチップ粒子加速器によって、医療、産業、材料研究、科学における革新的な応用が可能になる。

目次へ戻る