Les effets optiques non linéaires permettent de disposer par génération d'harmoniques de faisceaux lumineux de courtes longueurs d'onde, nécessaires à de multiples applications dans de nombreux domaines, tels que la nanoélectronique ou encore la médecine de précision. Cependant, ces effets nécessitent des éclairements laser très importants, que seuls des systèmes laser amplifiés complexes, volumineux et coûteux permettent d’atteindre.

En utilisant les avancées récentes de la plasmonique et des techniques de nanostructuration, une collaboration entre des physiciens du LIDYL et des chercheurs de l’ICFO de Barcelone et de l’Université de Hanovre étudie la génération d’harmoniques d’ordre élevé dans des cristaux semi-conducteurs. Pour ceci, des micro-guides d’onde sont gravés à la surface d'un cristal, afin de condenser la lumière d'un faisceau excitateur infrarouge de forte puissance. Grâce à la nano- structuration, un gain de plus d’un ordre de grandeur sur l’efficacité de la génération d’harmoniques est obtenu, ce qui permet d’alléger les contraintes pesant sur le système laser. Les concentrations de champ obtenues permettent ainsi de rendre plus abordable la physique des champs forts, dans des conditions de laboratoire.

La nouvelle plateforme ATTOLab au CEA-Orme des merisiers est destinée aux études de dynamique ultrarapide en phases diluée et condensée. La salle SE1 (Salle Expérimentale 1kHz) a pour mission de fournir une source d’impulsions attosecondes polyvalente et adaptée aux expériences nécessitant des impulsions intenses. Après une première phase d’installation des équipements, les premiers photons UVX d’ATTOLab ont été générés à l’automne 2016.
 

La découverte de la supraconductivité a plus de 100 ans, et la théorie BCS, décrivant le phénomène sous une forme conventionnelle, a 60 ans cette année. Aujourd'hui, le mécanisme au cœur de la supraconductivité à haute température (non BCS), découverte il y a plus de 30 ans, reste à identifier. Dans tous les cas, la phase supraconductrice est caractérisée par l'ouverture d'un gap entre les états électroniques occupés et inoccupés, qui se ferme au-dessus de la température critique dans la phase conventionnelle.

Dans une étude conjointe des équipes du LSI, du LPS et de l'UPMC, on observe par spectroscopie de photoémission à résolution angulaire résolue en temps (TR-ARPES) qu'après une excitation électronique ultra-brève par laser pulsé, le gap supraconducteur peut être transitoirement fermé, selon des orientations cristallographiques privilégiées, pendant un temps de l'ordre de la picoseconde. Cette observation illustre les potentialités de la méthode qui fournit une nouvelle façon d'explorer les mystères de la supraconductivité à haute température. La méthode semble également prometteuse dans l'étude de la physique de la dynamique d'autres systèmes fortement corrélés, tels que les polaritons et les atomes ultra-froids.

Le processus de photoionisation parait simple a priori : l'absorption par un atome d'un photon, dont l'énergie est supérieure à son seuil d'ionisation, conduit à la formation d'un ion avec l'émission d'un électron libre. Rendant le processus plus complexe, des états discrets autoionisants peuvent être présents à ces mêmes énergies. Le processus d'ionisation peut alors être direct ou via cet état discret, et les deux chemins interfèrent. Le spectre d'absorption des photons présente alors à cette énergie un pic d'absorption bien distinct avec un profil asymétrique. Ces profils, dits de Fano, sont rencontrés dans les spectres d’absorption de nombreuses espèces, des atomes aux molécules et nanostructures. Leur largeur en énergie est directement liée à la durée de vie très courte (quelques femtoseconde) de l'état autoionisant.

Pour la première fois, une collaboration scientifique, incluant des chercheurs de l’IRAMIS/LIDYL, a pu reconstruire à l'échelle attoseconde "le film" de la photoionisation d'un atome d'hélium. Ce résultat met en évidence les interactions électron-électron lors de l’autoionisation et ouvre la voie à l’imagerie 3d spatio-temporelle de l’émission d’électrons[1].

Les photons, particules associées à la lumière, sont porteurs d'un moment angulaire (ou cinétique). Si la composante de spin (ou moment angulaire intrinsèque) est la composante la plus familière, une composante de moment angulaire "orbital" est aussi présente pour les faisceaux lumineux à plan d'onde hélicoïdal. Son premier effet est de pouvoir entraîner les objets en interaction dans un mouvement de rotation autour de l’axe du faisceau lumineux.

Une collaboration^[i] de physiciens incluant l'équipe "Attophysique" de l'IRAMIS/LIDYL, a réussi à générer et caractériser des impulsions lumineuses attosecondes XUV, porteuses d'un moment angulaire orbital (MAO). Celles-ci sont produites par "génération d'harmonique d'ordre élevé" à partir d'un faisceau infrarouge, lui-même porteur de MAO après avoir traversé un masque de phase. Il est plus particulièrement montré que le moment angulaire orbital porté par chaque harmonique est propotionnel à son ordre.

De tels faisceaux ouvrent la porte à de nouvelles spectroscopies originales, telles que le dichroïsme hélicoïdal pour l'étude des propriétés magnétiques et optiques de la matière condensée, avec de nombreuses applications dans l’analyse d’échantillons biologiques, ou le traitement de l’information quantique

Les faisceaux laser permettent d'explorer la matière par divers type de spectroscopies de lumière (en émission ou absorption) ou électronique (par photoionisation, résolue en angle et/ou en énergie). Les signaux obtenus dépendent des caractéristiques de la lumière (longueur d'onde, polarisation et intensité) et suivent les règles de sélection, imposées par les règles de la mécanique quantique.

La collaboration de chercheurs, rassemblés autour de la chaine laser Aurore du CELIA à Bordeaux, vient de montrer qu'il est possible d'obtenir des impulsions laser femtoseconde (10^-15 s) polarisées circulairement, par génération d'harmonique d'ordre élevé dans du SF₆. Ceci ouvre la voie à de nouvelles spectroscopies, utile en chimie physique ou biologie (étude de molécules chirales) ou encore en physique du solide (surface et couches minces magnétiques). Ceci est illustré par l'observation du dichroïsme dans l'émission électronique par photoionisation de la molécule chirale de fenchone (essence polycyclique).