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Dernière mise à jour : 04-12-2020


 

Caractérisation temporelle de la génération d'harmonique d'ordre élevé dans les cristaux semiconducteurs

SL-DRF-21-0467

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Willem Boutu

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Willem Boutu
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL/ATTO

0169085163

Directeur de thèse :

Willem Boutu
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL/ATTO

0169085163

Page perso : http://iramis.cea.fr/LIDYL/en/Phocea/Pisp/index.php?nom=willem.boutu

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/ATTO/

Le développement des lasers ultracourts et contrôlés à l'échelle du cycle optique a permis l'avènement d'une nouvelle discipline, la physique attoseconde, dédiée à l'étude des dynamiques électroniques ultrarapides lors des interactions laser-matière. Longtemps limitée à l'étude des phénomènes dans la phase gaz, la génération d'harmoniques laser d'ordre élevé dans les cristaux semiconducteurs ouvrent la voie à l'étude de ces dynamiques ultrarapides dans la matière condensée. L'objectif de cette thèse est de transposer les techniques de caractérisation spectrales et temporelles développées au LIDYL pour la phase gaz à ce nouveau phénomène afin d'imager la structure de bandes électroniques au sein de matériaux exotiques tels que les matériaux 2D (graphène) ou fortement corrélés (NiO), et de mesurer les courants électroniques attosecondes générés lors de l'interaction. Ce travail expérimental sera mené au sein de la nouvelle plateforme NanoLight dans un tout nouveau laboratoire. Il sera néanmoins soutenu par un travail de simulation porté par nos collaborateurs du MPSD à Hambourg.
Dynamique du solide au cycle optique

SL-DRF-21-0407

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Stéphane GUIZARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Stéphane GUIZARD
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087886

Directeur de thèse :

Stéphane GUIZARD
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087886

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/stephane.guizard/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/ATTO/

Voir aussi : https://loa.ensta-paristech.fr/research/appli-research-group/

Le programme de recherche TOCYDYS, à caractère fondamental, a pour but de sonder la dynamique des solides, avec une résolution temporelle à l’échelle du cycle optique et de franchir la limite de résolution femtoseconde. Nous nous concentrerons dans un premier temps sur les isolants tels que la silice et le quartz (SiO2) ou le saphir (Al2O3).



Le travail sera réalisé sur les facilités récemment ouvertes au LOA at au LIDYL de l’Equipex AttoLAb (http://attolab.fr/). Nous aurons accès aux lasers stabilisés en phase et impulsions VUV ultra brèves VUV associées.



Les expériences consisteront à exciter les échantillons avec des impulsions de quelques cycles optiques (intensité de 1012 à 1015 W/cm2) et à sonder la dynamique par mesure de changement de réflectivité, dans les domaines IR et visible, puis avec les trains d’impulsions attosecondes dans le VUV. Nous aurons un accès direct aux mécanismes physiques de l’interaction laser matière et aux étapes initiales de la relaxation électronique du solide : ionisation multiphotonique, tunnel ou Zener, modulation de la bande interdite, diffusion inélastique des porteurs, ionisation par impact, effet Auger, etc.



Durant la première partie du programme, au Laboratoire d’Optique Appliquée- LOA, les mesures seront faites dans les domaines visible et proche IR, avec pour objectif d’atteindre la résolution du cycle optique. Ensuite, dans la deuxième partie, nous construirons un montage pour la mesure de réflectivité dans le domaine VUV, capable d’enregistrer les variations de l’amplitude de l’impulsion sonde, mais aussi ou de la phase en utilisant l’interférométrie spatiale dans le domaine VUV.



Le programme de recherché TOCYDYS a reçu un financement de l’’agence nationale de la recherché (ANR) pour le période 2020-2023. Le stage de Masters est donc financé. Celui –ci se déroulera, pour la partie expérimentale, au LOA, en collaboration avec Davide Boschetto (https://loa.ensta-paristech.fr/research/appli-research-group/).
Imagerie attoseconde de paquets d’onde électroniques dans les gaz moléculaires

SL-DRF-21-0453

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Pascal SALIERES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Pascal SALIERES
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169086339

Directeur de thèse :

Pascal SALIERES
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169086339

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/pascal.salieres/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/atto/

Voir aussi : http://attolab.fr/

Résumé :

L’étudiant-e génèrera des impulsions UVX attosecondes à l’aide d’un laser Titane:Saphir intense (Equipement d’Excellence ATTOLab), puis les utilisera pour étudier la dynamique d’ionisation de gaz moléculaires : éjection d’électrons, réarrangements électroniques dans l’ion, migration de charge, décohérence quantique…



Sujet détaillé :

Ces dernières années, la génération d’impulsions sub-femtosecondes, dites attosecondes (1 as=10-18 s), a connu des progrès spectaculaires. Ces impulsions ultrabrèves ouvrent de nouvelles perspectives d’exploration de la matière à une échelle de temps jusqu’alors inaccessible. Leur génération repose sur la forte interaction non linéaire d’impulsions laser infrarouges (IR) brèves (~20 femtosecondes) et intenses avec des gaz atomiques ou moléculaires. On produit ainsi les harmoniques d’ordre élevé de la fréquence fondamentale, sur une large gamme spectrale (160-10 nm) couvrant l’extrême ultraviolet (UVX). Dans le domaine temporel, ce rayonnement cohérent se présente comme un train d’impulsions d’une durée de ~100 attosecondes [1]. Pour générer des impulsions isolées, il est nécessaire de confiner la génération dans une porte temporelle ultrabrève, ce qui implique la mise en œuvre de diverses techniques optiques de confinement.



Avec ces impulsions attosecondes, il devient possible d’étudier les dynamiques les plus rapides dans la matière, celles associées aux électrons, qui se déroulent naturellement à cette échelle de temps. La spectroscopie attoseconde permet ainsi l’étude de processus fondamentaux tels que la photo-ionisation et s’intéresse à la question: combien de temps faut-il pour arracher un électron à un atome ou une molécule ’ La mesure de ces délais d’ionisation est actuellement un sujet « chaud » dans la communauté scientifique. En particulier, l’étude de la dynamique d’ionisation près des résonances permet d’accéder à des informations très fines sur la structure atomique/moléculaire, telles que les réarrangements électroniques dans l’ion suite à l’éjection d’un électron [2].



L’objectif de la thèse est tout d’abord de générer des impulsions attosecondes de durée et fréquence centrale adaptées à l’excitation de différents systèmes moléculaires. L’objectif est ensuite de mesurer l’instant d’apparition et la distribution angulaire des particules chargées, électrons et ions. Ces informations spatiales et temporelles permettront de reconstruire le film complet 3D de l’éjection des électrons, ainsi que d’accéder à la migration du trou dans l’ion et conduisant à sa fragmentation. Enfin, les effets de décohérence quantique, dû notamment à l’intrication ion-photoélectron, seront étudiés avec une technique récemment mise au point au laboratoire [3].



Le travail expérimental comprendra le développement et la mise en œuvre d’un dispositif, installé sur le laser FAB1 de l’Equipement d’Excellence ATTOLab, permettant : i) la génération de rayonnement attoseconde ; ii) sa caractérisation par interférométrie quantique ; iii) son utilisation en spectroscopie de photoionisation. Les aspects théoriques seront également développés. L’étudiant(e) sera formé(e) en optique ultrarapide, physique atomique et moléculaire, chimie quantique, et acquerra une large maitrise des techniques de spectroscopie de particules chargées. Des connaissances en optique, optique non linéaire, physique atomique et moléculaire, sont une base requise.

Le travail de thèse donnera lieu à des campagnes d’expériences dans des laboratoires français et européens associés (Lund, Milan).



Références :

[1] Y. Mairesse, et al., Science 302, 1540 (2003)

[2] V. Gruson, et al., Science 354, 734 (2016)

[3] C. Bourassin-Bouchet, et al., Phys. Rev. X 10, 031048 (2020)

Impulsions attosecondes portant un moment angulaire orbital pour la détection de dichroïsmes hélicoïdaux

SL-DRF-21-0232

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Thierry Ruchon

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Thierry Ruchon
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087010

Directeur de thèse :

Thierry Ruchon
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087010

Page perso : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/atto/

Voir aussi : http://attolab.fr/

La lumière dans l’extrême ultraviolet (XUV) constitue une sonde universelle de la matière, qu’elle se présente en phase diluée ou condensée : les photons associés à cette gamme spectrale portent une énergie de 10 à 100 eV, suffisante pour ioniser directement atomes, molécules ou objets solides. De grands instruments tels les synchrotrons ou les lasers à électrons libres (LEL) fonctionnent dans cette gamme spectrale et permettent d’étudier, tant du point de vue fondamental qu’appliqué, les interactions lumière-matière dans ce régime. Cependant, ces grands instruments n’offrent pas la résolution temporelle permettant d’atteindre les échelles de temps ultimes des interactions lumière-matière, situées dans la gamme attoseconde (1as=10^-18s). Une alternative est offerte par le développement, ces dernières années, de sources XUV basées sur la génération d’harmoniques d’ordre élevé (HHG) d’un laser femtoseconde intense. Notre laboratoire a été pionnier pour le développement, le contrôle et la mise en forme de ces sources fournissant des impulsions XUV attosecondes.



Au cours de cette thèse, nous développerons des dispositifs spécifiques faisant porter à ces impulsions un moment angulaire, qu’il soit de spin ou orbital. Ceci ouvrira de nouvelles applications mettant en jeu des spectroscopies résolues en temps ignorées à ce jour. L’accent sera mis, d’une part sur les aspects fondamentaux des couplages de moment angulaires de spin et orbitaux de la lumière dans le régime hautement non linéaire, d’autre part sur des applications de physique attoseconde, en phase diluée ou condensée. En particulier, nous chercherons à mettre en évidence des dichroïsmes hélicoïdaux, qui se manifestent par des absorptions différentes de faisceaux portant des moments angulaires orbitaux opposés. Ces effets restent très largement ignorés à ce jour.



L’étudiant(e) acquerra une pratique de l’optique des lasers, en particulier femtoseconde, et des techniques de spectrométrie de particules chargées. Il (elle) étudiera également les processus de physique des champs forts sur lesquels se basent la génération d’harmonique élevées. Il/elle deviendra un(e) experte de la physique attoseconde. L’acquisition de techniques d’analyse approfondie, d’interfaçage d’expérience seront encouragées même si non indispensables.



Sujet détaillé à http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/.

Electronique quantique attoseconde dans les semiconducteurs

SL-DRF-21-0455

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Willem Boutu

Hamed MERDJI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Willem Boutu
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL/ATTO

0169085163

Directeur de thèse :

Hamed MERDJI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169085163

Page perso : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Page/index.php?id=99

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Page/index.php?id=99

Aujourd'hui, l’électronique gigahertz est maîtrisée et le régime terahertz est tout juste accessible. Les technologies quantiques doivent anticiper dès maintenant les progrès récents sur les évolutions de loi de Moore mais dans le domaine quantique. En effet, grâce aux technologies innovantes proposées par les lasers femtoseconde les composants électroniques vont progresser vers la gamme pétahertz impliquant de contrôler la dynamique électronique à l’échelle attoseconde. Le candidat étudiera dans les diélectriques et les semi-conducteurs les propriétés de mobilité ultra-rapide et élevée des électrons lorsqu'ils sont exposés à des champs lasers femtosecondes intenses. Nous étudierons comment le fort courant d'électrons peut être contrôlé à des fréquences pétahertz dans la bande de conduction, par le champ laser. Outre ces aspects temporels, il a été montré théoriquement que ces lasers pouvaient transférer du spin ou bien du moment angulaire permettant ainsi de façonner l’état quantique du système. La thèse se focalisera sur les applications en information quantique par topologie sur des semiconducteurs 2D

• Interactions rayonnement-matière

• Physique du solide, surfaces et interfaces



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