该研究发表于《Physical Review Letters》，被选为Editors' Suggestion和Featured in Physics。深圳技术大学、中国工程物理研究院激光聚变研究中心、南华大学等单位联合完成，通讯作者为深圳技术大学黄太武教授与中物院周维民研究员。研究团队首次在实验上观测到兆安级强流相对论电子束在低密度多孔泡沫材料中出现远超致密材料的反常阻滞效应，颠覆了经典碰撞理论对电子能量损失的核心认知，揭示了多孔材料微观结构诱导的千特斯拉级磁场主导的束流散射新机制，建立了微观结构介导的强流束 - 物质相互作用新范式，为惯性约束聚变、实验室天体物理等领域的带电粒子调控提供了全新原理与技术路径。快电子在材料中的能量损失是聚变物理、高能量密度物理、天体物理等领域的核心基础过程，经典 Bohr-Fermi-Bethe-Bloch 碰撞理论长期主导该领域的认知，其核心结论为材料密度越高，电子的非弹性碰撞能量损失越强。兆安级相对论电子束由超强激光与物质相互作用产生，是惯性约束聚变快点火方案的核心能量载体，其在靶材中的输运与能量沉积效率直接决定聚变装置的性能。过往针对强流电子束的研究多聚焦于固体、连续介质靶材，尽管已有研究发现多孔材料的微观孔隙结构会引发电子束分支流现象，但多孔材料内部微观结构对强流电子束能量损失的影响始终缺乏系统实验验证，其物理机制也未被清晰阐释，这成为强流束 - 物质相互作用领域的关键空白。
研究团队在我国星光 III 激光装置上设计了严谨的对照实验，设置三种靶型：平均密度 200mg/cm³ 的致密 CHO 泡沫靶、5mg/cm³ 的低密度 CHO 泡沫靶，以及带 100μm 真空间隙的低密度泡沫间隙靶。实验采用波长 1.053μm、脉宽 800fs、能量 100J 的强激光辐照铜箔，驱动产生兆安级相对论电子束，使其穿过泡沫材料后到达后端的 CH 薄膜。团队通过三台电子磁谱仪分别测量靶前、靶后与侧方电子能谱，结合成像板获取电子角分布，利用光学渡越辐射成像系统表征透射电子的能量密度，构建了多维度的束流诊断体系。
实验结果呈现出颠覆性的规律：相较于致密泡沫，低密度泡沫对电子束的阻滞效应显著更强，透射电子的数量与截止能量大幅降低，光学渡越辐射信号强度仅为致密泡沫的十分之一，前向电子能损接近 90%；低密度泡沫透射电子呈现网状调制结构，侧方散射电子数量远高于致密泡沫，尤其对 4-7MeV 低能电子的散射效果更为突出。而间隙靶因真空间隙降低了电子束密度，其阻滞效应明显减弱，透射电子数与辐射信号均显著提升。这一结果与经典碰撞理论及 GEANT4 模拟的预测完全相反，证实了该效应并非源于传统的库仑碰撞，而是一种全新的反常阻滞机制。
研究团队通过孔隙分辨的粒子模拟进一步揭示了物理本质：低密度多孔泡沫的纳米骨架与真空孔隙构成非均匀结构，强流电子束激发的回流电流沿泡沫骨架传输，在真空孔隙中产生千特斯拉级的角向自洽磁场。该磁场的空间非均匀性会对电子束产生极强的散射作用，当电子回旋半径小于孔隙尺寸时，电子会被局域在单个孔隙内，宏观上表现为显著的反常阻滞。致密泡沫因孔隙尺寸极小，等离子体快速膨胀 homogenize 介质，磁场效应被平均化，仅呈现传统碰撞阻滞；而降低束流密度会削弱回流电流与磁场强度，使电子回旋半径大于孔隙尺寸，阻滞效应被抑制，这与间隙靶的实验结果完全吻合。
该研究的核心突破在于突破了传统电子能量损失理论的框架，首次确立材料微观结构是强流相对论电子束输运与能量沉积的核心调控因素，证实了磁场主导的集体散射效应可超越碰撞效应，成为决定束流行为的关键。在应用层面，该成果为惯性约束聚变中快电子的能量聚焦与沉积调控提供了全新思路，可通过设计多孔材料的微观结构精准操控束流能损；同时也为实验室天体物理中带电粒子输运、高能量密度物理研究提供了新的实验手段与理论支撑。作为强激光驱动束流与多孔介质相互作用领域的里程碑式实验工作，该研究不仅完善了强流束 - 物质相互作用的基础物理体系，也为先进粒子调控器件与聚变能源技术的发展奠定了关键基础。
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