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Dernière mise à jour : 23-01-2018

4 sujets IRAMIS/LIDYL

 

Impulsions XUV attosecondes portant un moment angulaire : synthèse et nouvelles spectroscopies

SL-DRF-18-0221

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 : 01-09-2018

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/

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'harmoniques 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 complet disponible à http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/.

Miroirs plasmas 'in silico': "vers l'obtention de sources lumineuses d'intensités extrêmes et d'accélérateurs de particules ultra-compacts"

SL-DRF-18-0432

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

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Henri VINCENTI

Guy BONNAUD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Henri VINCENTI

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Directeur de thèse :

Guy BONNAUD

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169088140

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

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

Voir aussi : https://www.picsar.net

Avec l’avènement des lasers de puissance de classe PW, capables de délivrer des intensités lumineuses de 10^22 W.cm^-2 pour lesquelles la matière devient plasma, la physique des Ultra-Hautes Intensités (UHI) vise maintenant à résoudre deux challenges majeurs : peut-on produire des accélérateurs de particules compacts délivrant des faisceaux d’électrons de haute charge à haute énergie, qui seront cruciaux pour repousser les limites de la Science des hautes énergies ’ Peut-on atteindre des intensités lumineuses extrêmes, approchant la limite de Schwinger (10^29W.cm^-2), au-delà de laquelle la lumière s’autofocalise dans le vide et des paires électron/positron sont produites’ Résoudre ces deux grandes questions à l’aide des lasers de puissance PW en construction (e.g. CILEX/APOLLON, ELI) requiert une rupture conceptuelle que je propose de développer au cours de cette thèse.



En particulier, cette thèse vise à démontrer que les ‘miroirs plasma relativistes’, produits lorsqu’un laser femtoseconde (1fs=10^-15s) de puissance frappe une cible solide, pourraient fournir une approche simple et élégante permettant de résoudre ces deux grands challenges de la physique UHI. Lors de sa réflexion sur le miroir plasma, le laser peut générer des paquets d’électrons relativistes de haute charge ainsi que des faisceaux harmoniques de courtes longueurs d’onde très intenses. Pourrait-on utiliser ces miroirs plasmas pour focaliser fortement les faisceaux harmoniques et approcher la limite de Schwinger ’ Pourrait-on utiliser les miroirs plasmas comme des injecteurs de très haute charge dans un laser PW capable de fournir des gradients accélérateurs de 100TV.m^-1 ’



La mission du candidat sera de répondre à ces deux interrogations ‘in silico’, à l’aide de simulations numériques massivement parallèles nécessitant les plus gros calculateurs disponibles à l’heure actuelle. Dans cette optique, le candidat utilisera nos derniers développements numériques et d’optimisation de la méthode Particle-In-Cell (PIC) qui rendent possible, pour la première fois, une simulation 3D réaliste de l’interaction laser-miroir plasma à haute intensité. Ces développements ont été implémentés, validés et testés dans notre code 3D PICSAR (https://www.picsar.net). Armé de PICSAR, le candidat modélisera numériquement de nouveaux schémas d’interaction utilisant les miroirs plasmas pour résoudre les deux grands challenges physiques introduits ci-dessus.

Dynamique électronique dans les biomolécules : une approche duale expérience-théorie

SL-DRF-18-0678

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Michel MONS

Valérie BRENNER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Michel MONS

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 20 01

Directeur de thèse :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.brenner/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDyL/SBM/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/michel.mons/

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques qui conduisent généralement à des dommages structurels affectant la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l’état excité peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de systèmes d’intérêt biologique modèles mimant des fragments des constituants du vivant comme par exemple, les peptides pour les protéines. L’objectif principal de cette thèse est donc d’étudier la dynamique électronique de systèmes d’intérêt biologique, i.e., des modèles des constituants du vivant, et ainsi d’appréhender les phénomènes élémentaires qui contrôlent la durée de vie des états excités de ces systèmes. L’approche mixte expérience-théorie, qui utilisera des développements méthodologiques récents, reposera sur :



i) La caractérisation expérimentale des durées de vie en fonction des espèces étudiées (expérience pompe-sonde en régime nano-, pico- et femtoseconde) ainsi que de la cascade d’états formés. Les expériences bénéficieront notamment du diagnostic d’imagerie de photoélectrons, qui permettra de suivre le chemin de relaxation suivi par le système, et notamment d’apprécier le rôle de ses différents états excités et de sa conformation,

ii) la modélisation des surfaces d’énergie potentielle (SEP) des états excités de ces systèmes et en particulier, la détermination des zones critiques sur la surface, comme les intersections coniques, et des mouvements induisant les mécanismes de désactivation. La taille des systèmes, leur flexibilité, la présence de liaisons non-covalentes qui gouvernent les structures et la nature très diverse des états excités requièrent la mise en œuvre d’une stratégie calculatoire multi-étapes et multi-niveaux, faisant appel à des méthodes de chimie quantique sophistiquées (dynamique non-adiabatique, méthode « Coupled Cluster » et méthode d’interaction de configuration multiréférence).



Enfin, ce travail de thèse s’effectuera dans le prolongement du projet ANR ESBODYR («Excited States of BiO-relevant systems: towards ultrafast DYnamics with conformational Resolution» (Défis de tous les savoirs, Coord. V. Brenner, 2014-2018). Il bénéficiera par ailleurs pour le volet théorique de l’accès aux moyens de calculs intensif nationaux (GENCI : TGCC/IDRIS/CINES) et pour le volet expérimental, de l’accès au serveur femtoseconde SLIC de l’IRAMIS (Saclay) et du serveur picoseconde du Centre Laser de l’Université Paris-Sud (CLUPS).

Dynamique électronique de biomolécules : vers une modélisation des mécanismes de désactivation des états excités.

SL-DRF-18-0674

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Valérie BRENNER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Directeur de thèse :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.brenner/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDyL/SBM/

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques conduisant généralement à des dommages structurels susceptibles d’affecter la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l’état excité peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de systèmes d’intérêt biologique modèles mimant des fragments des constituants du vivant comme par exemple, les peptides pour les protéines. La taille des systèmes, leur flexibilité, la présence de liaisons non-covalentes qui gouvernent les structures et la nature très diversifiée des états excités nécessitent d’avoir recours à des modèles théoriques sophistiqués pour une complète caractérisation des structures et la détermination des mécanismes de relaxation des premiers états excités.



L’objectif principal de cette thèse est donc de mettre au point une stratégie calculatoire faisant appel à des méthodes de chimie quantique sophistiquées permettant non seulement la caractérisation des premiers états excités de ces systèmes mais aussi une modélisation partielle des surfaces d’énergie potentielle de ces états afin d’en appréhender la dynamique électronique. Enfin, ce sujet est en relation directe avec des expériences de spectroscopies menées dans notre équipe sur ces systèmes, expériences utilisant les récents développements des techniques expérimentales de spectroscopie en phase gazeuse et donnant accès à des données très précises sur les propriétés spectroscopiques et la dynamique électronique de relaxation.



Par ailleurs, il s’effectuera dans prolongement d’un projet ANR, ESBODYR ou «Excited States of BiO-relevant systems: towards ultrafast Dynamics with conformational Resolution» (Coord. V. Brenner, 2014-2018) et bénéficiera de l’accès aux moyens de calcul intensif nationaux (GENCI : TGCC/IDRIS/CINES).

 

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