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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Photo-ionisation de gaz atomiques/moléculaires par impulsions attosecondes

Spécialité : OPTIQUE / Interaction laser-matière

Contact : SALIERES Pascal,
e-Mail : pascal.salieres@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 63 39
Laboratoire : LIDYL/ATTO

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-4 mois
Date limite de constitution de dossier : 01/03/2018

Résumé :
A l'aide d'impulsions attosecondes produites avec un laser Titane:Saphir intense (FAB1 d'Attolab), l'étudiant(e) étudiera la dynamique d'ionisation de gaz atomiques et moléculaires près des résonances. L'objectif est de mesurer en temps réel l'éjection du paquet d'onde électronique et de 'voir' comment se construit le profil de ces résonances.

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].

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 ? Plus précisément : combien de temps faut-il à un paquet d'onde électronique produit par absorption d'une impulsion attoseconde pour sortir du potentiel atomique/moléculaire ? 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 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. Nous nous sommes récemment intéressés à l'ionisation près d'une résonance d'auto-ionisation dite « de Fano ». Nous avons montré par ionisation à 2 photons UVX+IR qu'il était possible de « voir » en temps réel la construction du profil de la résonance [2]. L'objectif du stage est de généraliser cette technique pour étudier d'autres types de résonances atomiques et moléculaires, telles que les résonances de forme. Seront également étudiées les possibilités de contrôle de la photo-ionisation résonante en jouant sur l’intensité du champ laser IR superposé à l'impulsion attoseconde.

Le travail expérimental comprendra la mise en oeuvre d'un dispositif, installé sur le laser FAB1 d'Attolab, permettant : i) la génération d'impulsions attosecondes ; ii) sa caractérisation par interférométrie quantique ; iii) son utilisation en spectroscopie de photoionisation (détection d'électrons). Les aspects théoriques pourront également être abordés. L'étudiant(e) sera formé(e) en optique ultrarapide, physique atomique et moléculaire, et acquerra une bonne maitrise de la spectroscopie de particules chargées. La poursuite en thèse est souhaitée.

Références :
[1] Y. Mairesse, et al., Science 302, 1540 (2003)
[2] V. Gruson, et al., Science 354, 734 (2016)
Techniques utilisées au cours du stage :
Laser femtoseconde intense, jet de gaz atomiques/moléculaires, techniques du vide, interférométrie, spectrométrie de photons UVX, spectrométrie d’électrons

Mots clés : Laser femtoseconde, impulsions attosecondes, photo-ionisation, gaz atomiques/moléculaires, résonance

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