Les sujets de thèses

10 sujets IRAMIS//LIDYL

Dernière mise à jour : 05-12-2020


• Interactions rayonnement-matière

• Physique des accélérateurs

• Physique des plasmas et interactions laser-matière

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

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/.

Minicanon à électron pour la conversion des gaz

SL-DRF-21-0443

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Marie GELEOC

Jean-Philippe RENAULT

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

Contact :

Marie GELEOC
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM


Directeur de thèse :

Jean-Philippe RENAULT
CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/marie.geleoc/

Labo : http://iramis.cea.fr/lidyl/sbm/

Ce sujet s’inscrit dans le cadre de la lutte contre la pollution atmosphérique et le réchauffement climatique. Des techniques à base de faisceaux d’électrons pour le traitement des effluents gazeux (EBFGT) sont mises en œuvre en routine avec des énergies de 300 keV à 1 MeV, faute d’outil existant plus léger qu’un accélérateur pour les produire. Il s’agit ici de mettre au point une mini source d’électrons souple d’emploi d’énergie plus basse, puis de l’optimiser en vue d’une conversion plus efficace énergétiquement du CO2 ou du N2, sur la base des compétences en source miniaturisée et radiolyse des gaz développées à l’IRAMIS.
Atomes à deux électrons actifs de grand moment cinétique : influence d’un champ électrique statique

SL-DRF-21-0392

Domaine de recherche : Physique des plasmas et interactions laser-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Michel POIRIER

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

Contact :

Michel POIRIER
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

+33 (0)1 69 08 46 29

Directeur de thèse :


-


Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=poirier

Labo : http://iramis.cea.fr/lidyl/MHDE/

L’objet de cette thèse est d’étudier l’influence d’un champ électrique statique sur les états doublement excités dont l’un des électrons est de très grand moment cinétique. Ce travail est motivé par l’existence d’une activité expérimentale de construction d’une nouvelle plateforme de simulation quantique. Cette plateforme met en œuvre des atomes de strontium présentant un électron dans un état de Rydberg de très grand nombre quantique principal et orbital et utilise le second électron de valence pour des manipulations optiques de cet atome de Rydberg.



Le travail consistera à développer un modèle théorique et numérique capable de prévoir la position et la largeur de ces niveaux doublement excités en présence de champ électrique statique. Les coordonnées paraboliques paraissent être adaptées à la description de l’électron de Rydberg tandis que l’électron « de cœur », lié au noyau par un potentiel de type alcalin, sera décrit par des fonctions d’onde calculées par intégration radiale de l’équation de Schrödinger.



Ces travaux s’appliqueront à une série de mesures sur les alcalino-terreux pour lesquels l’interprétation théorique fait actuellement défaut. Cette thèse théorique, de nature analytique et numérique, implique une très bonne connaissance de la physique quantique, notamment de la structure atomique et de l’interaction atome-champ.
Conception d'un injecteur de haute précision pour les accélérateurs laser-plasma du futur

SL-DRF-21-0462

Domaine de recherche : Physique des plasmas et interactions laser-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Fabien QUÉRÉ

Henri VINCENTI

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

Contact :

Fabien QUÉRÉ
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

01.69.08.10.89

Directeur de thèse :

Henri VINCENTI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/henri.vincenti/

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

Un des principaux défis que la communauté des accélérateurs doit actuellement affronter est de réduire la taille des accélérateurs de particules pour réaliser la prochaine génération de collisionneur électron-positon d'énergie TeV. Un candidat prometteur à cet égard est le laser Wakefield Accelerators (LWFA) produit par la focalisation d'un laser de très haute puissance sur un jet de gaz. Ces accélérateurs peuvent fournir des gradients d'accélération élevés de 100 GV/m et ont déjà montré la possibilité d'accélérer des électrons à des énergies de 10 GeV sur une distance de l'ordre du cm.



Cependant, d'importantes limitations doivent levées avant d'autoriser l'utilisation des LWFA comme dispositifs médicaux, ou pour construire des collisionneurs compacts électron/positron à haute énergie et des sources lumineuses de type X-FEL (X-ray Free Electron Lasers). Un obstacle majeur de ces accélérateurs est notamment leur faible charge à haute énergie (10 pC / paquet de charges, au-dessus de 4 GeV), très en dessous de la charge qu'ils pourraient supporter (jusqu'à 50 nC) ou de celles obtenues avec les accélérateurs RF conventionnels (> nC / paquet). Dans ces conditions, la construction d'un collisionneur basé sur la technologie LWFA exigeant un nombre élevé de collisions et donc une charge beaucoup plus élevée nécessiterait une mise à niveau des taux de répétition des lasers multi-TeraWatt ou PetaWatt de 1 Hz à des dizaines de kHz, pour atteindre des courants moyens beaucoup plus élevés. Ceci est encore au-delà de la technologie laser actuelle. Des solutions pour augmenter la charge à haute énergie avec les techniques d'injection actuelles ont été proposées (par exemple, en utilisant un étage de pré-injection à haute densité de gaz couplé à un second étage d'accélération à faible densité avec transport de faisceau intermédiaire). Cependant, l'augmentation de la charge à 1-10nC à haute énergie (GeV) avec ces techniques est loin d'être acquise et pourrait dégrader des caractéristiques cruciales du faisceau : émittance, répartition de l'énergie... Ce qui seraient de nouvelles limitations sévères pour les applications nécessitant une qualité de faisceau élevée, tel que X-FEL.



Dans ce contexte, la thèse proposée vise à concevoir des schémas alternatifs et nouveaux en utilisant nos codes numériques cinétiques PICSAR et WARPX, qui devraient permettre d'obtenir des accélérateurs compacts avec des niveaux d'énergie allant jusqu'à 1-10 nC / paquet jusqu'à plusieurs GeV tout en préservant une qualité de faisceau élevée. Une solution très prometteuse consisterait à utiliser des miroirs à plasma comme injecteurs d'électrons. Les miroirs à plasma sont des plasmas surdenses formés lorsqu'un laser de forte puissance est focalisé sur une cible solide. En tant que tels, ils peuvent fournir un très grand réservoir d'électrons qui pourraient être accélérés de manière cohérente par le laser incident et injectés dans un LWFA. Des simulations préliminaires montrent que le fait de placer un miroir de plasma juste avant un jet de gaz pourrait permettre une injection spatio-temporelle très localisée de paquets d'électrons sub-femtosecondes dans un LWFA. Cette injection très localisée est la condition préalable à l'obtention de faisceaux d'électrons de très haute qualité dans un plasma à ondes courtes et semble surpasser d'un ordre de grandeur (en termes de charge et de qualité du faisceau) tous les schémas proposés jusqu'à présent dans la littérature.



En s'appuyant sur les outils numériques développés par le groupe de physique à haute intensité au cours des cinq dernières années, l'objectif de la thèse sera de concevoir numériquement un injecteur d'électrons de haute qualité pour la LWFA en utilisant des miroirs de plasma. Elle comprendra plusieurs étapes importantes :



(i) Une première phase où les simulations préliminaires seront affinées et une preuve de concept détaillée de l'injection sera établie (un brevet sera rédigé).



(ii) Une deuxième phase au cours de laquelle un modèle d'injection d'électrons du miroir de plasma dans le LWFA sera développé pour définir les régimes optimaux en termes de paramètres laser-plasma. L'étape d'optimisation impliquera le développement de modèles de substitution utilisant des réseaux neuronaux profonds.



(iii) Une phase finale impliquant le couplage avec des expériences où l'ensemble du dispositif expérimental sera simulé numériquement. Cela impliquera le couplage de simulations hydrodynamiques 2D/3D (pour modéliser efficacement le profil de densité du gaz à l'interface gaz-miroir de plasma) avec des simulations cinétiques (pour modéliser l'injection dans le LWFA).



Réussir cette tâche permettrait d'alléger de plusieurs ordres de grandeur les contraintes en termes de taux de répétition laser requis pour la construction d'un collisionneur compact. En outre, la réalisation d'un accélérateur ultra-compact à forte charge et à faisceau de haute qualité pourrait être utilisée pour produire des sources de rayons X à électrons ultra-courts, X-FEL ou Bremsstrahlung/Compton de table qui sont indispensables à de nombreuses applications telles que le traitement du cancer, la chimie femtoseconde, la radiobiologie, la radiothérapie ou la radiographie industrielle.
Développement et benchmarking de nouvelles méthodes AMR-PIC 3D pour la simulation réaliste de l’interaction laser-matière et laser-vide quantique à intensité extrême

SL-DRF-21-0460

Domaine de recherche : Physique des plasmas et interactions laser-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Henri VINCENTI

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

Contact :

Henri VINCENTI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Directeur de thèse :

Henri VINCENTI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/henri.vincenti/

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

Le défi majeur de la physique des champs forts ou physique des Ultra-Haute Intensité (UHI) est aujourd’hui de produire une source de lumière capable d’explorer de nouveaux régimes d’électrodynamique quantique en champs forts (SF-QED) encore inexplorés des grands accélérateurs. L'exemple le plus célèbre survient à des intensités proches de 10^29 W/cm^2 (la fameuse limite de Schwinger), autour de laquelle le vide devient instable et des paires e-/e+ peuvent être créées à même le vide. En réalité, dès 10^25 W/cm^2 la dynamique de l'interaction entre la lumière et la matière devient déjà totalement dominée par des processus SF-QED. De tels régimes ne se produisent que dans les phénomènes astrophysiques les plus violents et pourraient révéler une nouvelle physique, au-delà du modèle standard (comme la présence d'Axions ou de fermions millichargés). Pouvoir les reproduire et les contrôler en laboratoire revêt donc un intérêt fondamental immense.



Toutefois, à l’heure actuelle, les sources lumineuses les plus puissantes sur terre (lasers de puissance PetaWatt -PW) ne permettent de délivrer que des intensités proches de 10^22 W.cm^-2. Atteindre la limite de Schwinger demande donc un changement de paradigme que nous venons de proposer dans le groupe Physique à Haute Intensité (PHI) du CEA. Notre solution consiste à utiliser un composant optique remarquable, auto-généré par le laser de puissance focalisé sur une cible solide, appelé ’miroir plasma relativiste courbé optiquement’. Au cours de la réflexion sur un tel miroir courbé, le champ réfléchi subit une forte intensification par compression temporelle Doppler et par focalisation sur des tailles de tâche plus petites que celles possible avec le champ incident. Le groupe PHI a récemment proposé d’utiliser la déformation du miroir plasma sous l’effet de la pression de radiation du faisceau laser incident pour focaliser fortement le champ réfléchi. Des simulations 3D préliminaires ont montré que ce schéma permettrait d’atteindre des intensités proches de 10^25 W/cm^2, à partir desquels des effets de SF-QED encore inexplorés se manifestent lors de l’interaction du faisceau réfléchi avec de la matière. Ceci constitue un premier jalon vers la limite de Schwinger.



A présent, le challenge principal à relever pour pouvoir atteindre la limite de Schwinger est de développer de nouveaux schémas réalistes pour courber beaucoup plus fortement la surface du miroir plasma. Dans ce contexte, le candidat devra développer et valider numériquement ces nouveaux schémas à l’aide de codes cinétiques de type Particle-In-Cell (PIC) 3D. Les simulations envisagées étant extrêmement coûteuses en temps de calcul du fait des grandes gammes d’échelles spatio-temporelles simulées, il devra dans un premier temps développer et benchmarker une technique de raffinement de maillage adaptatif proposée par le groupe du Dr. J-L Vay au Lawrence Berkeley National Lab (LBNL), dans lequel se déroulera la première phase de cette thèse. Au cours de la deuxième phase (au CEA), le candidat exploitera ce code pour répondre aux questions suivantes: quels sont les paramètres laser-plasma permettant d’atteindre la limite de Schwinger pour chaque schéma de focalisation envisagé’ A partir de quelle intensité produit-on des paires Schwinger avec le champ réfléchi’ Quelles sont les caractéristiques de ces paires’ Peut-on les détecter de manière claire dans les expériences’ De manière plus générale, comment obtenir des signatures claires des intensités atteintes au foyer du miroir plasma ’ Le candidat devra également participer à l’interprétation des premières expériences de QED réalisées à l’aide de tels miroirs plasmas au cours de la thèse.
Méthodes statistiques pour l'étude des spectres complexes dans les plasmas chauds: applications en sciences de la fusion et en astrophysique

SL-DRF-21-0436

Domaine de recherche : Physique des plasmas et interactions laser-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Michel POIRIER

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

Contact :

Michel POIRIER
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

+33 (0)1 69 08 46 29

Directeur de thèse :

Michel POIRIER
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

+33 (0)1 69 08 46 29

Page perso : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=poirier

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

Un vaste ensemble d'objets d'étude en physique comme la structure interne des étoiles, l'émission X des disques d'accrétion, la dynamique de la fusion par confinement inertiel, ou les nouvelles sources de rayonnement nécessite une connaissance fine des propriétés radiatives des plasmas chauds. De tels plasmas présentent des spectres contenant un très grand nombre de raies souvent regroupées en faisceaux non résolus. L'interprétation de ces spectres requiert l'utilisation des méthodes statistiques.



À l'aide de la seconde quantification et de méthodes d'algèbre tensorielle, il est possible de calculer des quantités telles que la moyenne et la variance des énergies de transitions dans un faisceau. Il existe une littérature importante sur ce sujet, toutefois certains types de transitions, notamment les transitions dipolaires magnétiques internes à une configuration ou les processus mettant en jeu plusieurs électrons n'ont pas été abordés jusqu'ici.



En plus de cette étude analytique, un travail numérique utilisant le Flexible Atomic Code sera proposé au cours de cette thèse. Les plasmas seront étudiés soit à l'équilibre thermodynamique, soit hors équilibre par la résolution de système d'équations cinétiques. Ce programme de recherche nécessite une connaissance approfondie de la mécanique quantique et de la physique atomique des plasmas. Parmi les applications possibles figurent l'interprétation de mesures récentes d'opacité réalisées sur le laser LULI2000 de l'École Polytechnique, l'optimisation de sources extrême-UV pour la nanolithographie, la détermination des pertes radiatives du tungstène dans le divertor du tokamak ITER, ou encore le problème ouvert de la caractérisation des plasmas de silicium photoionisés étudiés sur Z-pinch en relation avec des observations astrophysiques.

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


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