對鐳射驅動的離子加速的研究是為了開發一種緊湊和高效的基於等離子體的加速器，它適用於癌症治療、核聚變和高能物理。大阪大學的研究人員與日本國家量子科學技術研究所（QST）、神戶大學和臺灣中央大學的研究人員合作，報告了在日本QST的關西光子科學研究所用超強的J-KAREN鐳射器照射世界上最薄和最強的石墨烯靶材而直接進行高能離子加速。
他們的研究結果發表在《Springer Nature》的《科學報告》上。
在鐳射離子加速理論中，更薄的靶材需要更高的離子能量。然而，由於強鐳射的噪聲成分在到達鐳射脈衝的主峰之前就破壞了目標，所以一直很難直接用極薄的靶體來加速離子。在這種狀況下有必要使用等離子體反射鏡，它可以消除噪聲成分，以實現強鐳射的有效離子加速。
(a) 實驗示意圖。透過用超強的J-KAREN鐳射照射大面積的懸浮石墨烯目標（LSG），產生高能離子。(b）和（c）分別顯示了石墨烯的拉曼光譜和顯微鏡影象。(d)和(e)分別顯示了使用固態路徑跟蹤器和湯姆遜拋物線光譜儀（TPS）的堆疊檢測器的示意圖。(g)和(f)分別顯示了TPS和堆疊的典型資料。
因此，研究人員開發了大面積懸浮石墨烯（LSG）作為鐳射離子加速的目標。石墨烯被稱為世界上最薄和最強的二維材料，它適合於鐳射驅動的離子源。
"原子級薄的石墨烯是透明的，高度導電和導熱，而且重量輕，同時也是最強的材料，"研究作者Wei-Yen Woon解釋道。"到目前為止，石墨烯已經得到了各種應用，包括在交通、醫藥、電子和能源方面的應用。我們展示了石墨烯在鐳射-離子加速領域的另一個顛覆性應用，其中石墨烯的獨特功能發揮了不可或缺的作用。"
直接照射LSG目標產生MeV質子和碳子，從亞相對論到相對論的鐳射強度，從低對比度到高對比度的條件，沒有等離子體鏡，展示了石墨烯的耐久性。
"這項研究的成果適用於為癌症治療、鐳射核聚變、高能物理和實驗室天體物理學開發緊湊和高效的鐳射驅動離子加速器，"研究的主要作者Yasuhiro Kuramitsu解釋說。"在沒有等離子體鏡的情況下直接加速高能離子，顯然顯示了LSG的堅固性。我們將使用原子般薄的LSG作為目標支架來加速其他不能獨立存在的材料。我們還展示了非相對論強度下的高能離子加速。這將使我們能夠用相對較小的鐳射設施研究鐳射離子加速。此外，即使沒有等離子體鏡，在極薄的靶體下也能實現高能離子加速。這為鐳射驅動的離子加速開闢了一個新的領域"。
