Les sujets de thèses

7 sujets IRAMIS//LIDYL

Dernière mise à jour : 20-09-2020


• Interactions rayonnement-matière

• Optique - Optique laser - Optique appliquée

• Physique des plasmas et interactions laser-matière

 

Dynamique du Solide au Cycle Optique

SL-DRF-20-1007

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 : 01-09-2020

Contact :

Stéphane GUIZARD
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL

0169087886

Directeur de thèse :

Stéphane GUIZARD
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL

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/).

Détection par fluorescence et dosimétrie chimique lointaine et discriminante de termes sources alpha/beta

SL-DRF-20-0390

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Saclay

Contact :

Gérard BALDACCHINO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Gérard BALDACCHINO
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL

01 69 08 57 02

Directeur de thèse :

Gérard BALDACCHINO
CEA - DRF/IRAMIS/LIDYL

01 69 08 57 02

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/gerard.baldacchino/

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

Dans le cadre de l'Assainissement et du Démantèlement d'installations nucléaires, il est important de localiser très rapidement des termes sources alpha, beta et gamma en surface et susceptibles d'être traités, isolés et évacués du site dans des filières règlementées. L'imagerie gamma est une technique qui fonctionne très bien actuellement. Par contre, les sources alpha ou beta ne sont localisables qu'au contact des matériaux, en surface, car ces émissions ne se propagent pas sur des distances de plus de quelques cm. La dosimétrie par fluorescence et la capture chimique durant les processus de radiolyse ont fait d'énorme progrès récemment. Cela a permis par exemple de mettre en évidence les effets de densité d'ionisation et de Transfert d'Energie Linéique (effet de TEL) en radiolyse de l'eau par des ions lourds et des alpha. Les beta et les alpha rencontrés dans le nucléaire ont des TEL très différents amenant à des rendements très différents de production des radicaux libres (H, OH, electron hydraté, HO2) et de molécules (H2, H2O2), issus de l'ionisation de l'eau. L'objectif de la thèse proposée est d'exploiter ces différences en utilisant des capteurs chimiques non toxiques produisant une molécule fluorescente détectable à longue distance (objectif, plusieurs mètres), sous illumination laser. En partant des mécanismes chimiques connus, le doctorant devra donner les conditions expérimentales et appliquées (sur le terrain) permettant l'acquisition d'images exploitables rapidement.
Génération d'impulsions UVX attosecondes pour l'étude en temps réel de l'ionisation ultrarapide des gaz

SL-DRF-20-0601

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 : 01-10-2020

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 atomiques et moléculaires : éjection d’électrons, réarrangements électroniques dans l’ion, migration de charge…



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 atomiques et moléculaires. L’objectif est ensuite de mesurer l’instant d’apparition des particules chargées, électrons et ions. Enfin, la mesure de la distribution angulaire des électrons émis, combinée à l’information temporelle, permettra de reconstruire le film complet 3D de l’éjection des électrons.

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)

Spectroscopie attoseconde et intelligence artificielle pour l’étude de la décohérence quantique dans la photoionisation

SL-DRF-20-1162

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 : 01-10-2020

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/

Depuis une dizaine d'année, la génération d'impulsions attosecondes permet 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 photoionisation. En particulier, l’étude de la cohérence de la dynamique d’ionisation permettrait 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.



L’objectif de la thèse est de mesurer l’état quantique complet d’un paquet d’onde électronique obtenu à l’issue de la photoémission. Expérimentalement, l’étudiant(e) étudiera la cohérence de la dynamique d’ionisation de gaz atomiques et moléculaires à l’aide d’impulsions attosecondes générées à partir d’un laser Titane:Saphir intense (Equipement d’Excellence ATTOLab). Théoriquement, il/elle mettra en oeuvre des outils numériques permettant l’extraction de l’état quantique du photoélectron à partir des mesures expérimentales.

Utilisation des milieux diffusants complexes pour la métrologie spatio-temporelle des lasers ultrabrefs

SL-DRF-20-0595

Domaine de recherche : Optique - Optique laser - Optique appliquée
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Fabien QUÉRÉ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Fabien QUÉRÉ
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

01.69.08.10.89

Directeur de thèse :

Fabien QUÉRÉ
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

01.69.08.10.89

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/107/fabien.quere.html

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

La technologie laser permet aujourd’hui de produire des impulsions de lumière cohérente d’une durée de quelques dizaines de femtosecondes seulement, avec des énergies allant jusqu’à plusieurs joules par impulsion. Ces faisceaux lasers sont susceptibles de présenter des couplages spatio-temporels, c’est-à-dire une dépendance spatiale de leurs propriétés temporelles, qui peuvent dégrader considérablement leurs performances. Notre groupe de recherche a développé ces dernières années différentes techniques pour mesurer la structure spatio-temporelle complète de telles faisceaux lasers. Ces techniques ont été démontrées sur différents lasers, parmi les plus puissants existants actuellement. Les prochains défis à relever dans ce domaine de la métrologie optique sont d'une part de mettre au point des techniques de mesure monocoup (c'est-à-dire ne nécessitant qu'un seul tir laser, contre plusieurs centaines actuellement), et de développer des méthodes pour contrôler la structure spatio-temporelle des faisceaux laser ultrabrefs. L'objectif de cette thèse sera d'apporter des solutions à ces deux problèmes, en utilisant les milieux diffusants complexes, qui sont étudiées depuis plusieurs années par de nombreux groupes de recherche et dont les propriétés sont de mieux en mieux comprises. Parce qu'ils introduisent des corrélations déterministes entre propriétés spatiales et spectrales de la lumière, ces milieux sont susceptibles d'être utilisés dans différentes configurations aussi bien pour mesurer que pour contrôler les propriétés spatio-temporelles des impulsions laser ultrabrèves.
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-20-0967

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 : 01-10-2020

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 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'electrodynamique quantique (QED) encore inexplorés des grands accélérateurs. En particulier autour d'intensités proches de la limité de Schwinger (10^29W/cm^2), le vide devient instable et des paires e-/e+ peuvent être créées à même le vide. De tels processus physiques ne se produisent que dans les phénomènes astrophysiques les plus violents. Pouvoir les reproduire et les contrôler en laboratoire revet 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 10^22W.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 10^25W/cm^2, à partir desquels des effets de QED non-perturbatifs 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.
Etude des spectres complexes dans les plasmas chauds : applications en sciences de la fusion et en astrophysique

SL-DRF-20-0961

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Matière à Haute Densité (MHDE)

Saclay

Contact :

Michel POIRIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Michel POIRIER
CEA - DRF/IRAMIS

+33 (0)1 69 08 46 29

Directeur de thèse :

Michel POIRIER
CEA - DRF/IRAMIS

+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. 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.


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