Vers une spectroscopie sub-picoseconde dans le domaine des rayons X ?

Objectif : analyser un spectre de photoémission X avec une résolution temporelle inférieure à la ps (= 10-12 s).

L'irradiation d'un agrégat par un laser de forte puissance entraîne la formation rapide d'un nano-plasma. Il s’ensuit une explosion de l'agrégat, suivie d'un refroidissement relativement lent du plasma formé. Au cours du processus on observe l'émission de photons, d'électrons et d’ions multichargés très énergétiques. On s’intéresse en particulier à l’émission de photon Ka (d'énergie 1,5 keV pour Ar). Si ces impulsions X sont "ultra-brèves", on peut penser les utiliser pour étudier la dynamique de processus ultra-rapides notamment en matière condensée. Plus l’émission sera brève, plus riche sera la résolution expérimentale et donc les informations physiques. Un enjeu très important est donc de parvenir à mesurer leur durée.

Une méthode pour mesurer la durée d'impulsion X est d’effectuer une expérience d’inter-corrélation entre le laser et le rayonnement X en mesurant le spectre des électrons produits par effet Auger (relaxation extrêmement rapide, de l’ordre de la femtoseconde, de l'électron initialement excité dont l'énergie permet d'émettre un autre électron, l'électron Auger, dont l'énergie est caractéristique de l'élément étudié). En effet, la superposition de ces deux sources de rayonnement doit faire apparaître des structures séparées par l’énergie d’un photon laser de part et d’autre du pic Auger principal généré par les X seuls. L’amplitude de ces pics sera maximale lorsque les deux impulsions seront superposées temporellement. En les décalant, on doit observer le passage par un maximum qui permet de déduire la durée de l’impulsion X connaissant celle du laser.

Avant d’effectuer une telle mesure, il était indispensable de montrer que la source était suffisamment intense pour produire un nombre détectable d’électrons Auger. Nous avons pour cela utilisé une cible de Cuivre. Nos dernières expériences ont confirmé la possibilité de détecter ces électrons Auger à partir des rayons X émis par l'agrégat irradié.

Nous sommes encore très loin de réaliser une analyse temporelle précise de l'émission de rayons, mais nous démontrons qu’il est possible de créer des électrons Auger avec une source pour le moins non conventionnelle.

Pour en savoir plus ..... (présentation Power Point)