ATTOphysique

Responsable du groupe Attophysique :

Objectifs scientifiques

Le développement des lasers ultrabrefs produisant des impulsions intenses parfaitement contrôlées de quelques cycles optiques a ouvert des perspectives insoupçonnées. Il est ainsi devenu possible de contrôler leur interaction avec la matière avec une précision femtoseconde (fs) voire attoseconde (as) et, en particulier, de créer des sources secondaires de rayonnement XUV de durée attoseconde en utilisant le processus de génération d’harmoniques d’ordre élevé (HHG). Ces sources IR-fs/XUV-as avancées permettent de sonder la structure et la dynamique de la matière sur les échelles atomiques/électroniques de temps et d’espace (Angström). Les possibilités inédites de contrôle de ces dynamiques et les importantes retombées potentielles ont fait de ce domaine un sujet brûlant dans la communauté scientifique avec une concurrence internationale intense.

En se fondant sur l’expertise développée au cours des 30 dernières années, le Groupe AttoPhysique s’est donné les principaux objectifs suivants:

I) comprendre et contrôler la dynamique de rediffusion en champ laser intense d'un électron avec le cœur ionique, qui conduit à plusieurs processus importants, tels que la diffusion élastique ion-électron, l’ionisation multiple, ou la recombinaison avec émission d’impulsions attosecondes de lumière XUV;

II) développer les technologies attosecondes, c'est-à-dire la synthèse de sources attosecondes avec des propriétés contrôlées (polarisation, impulsions uniques/multiples séparées dans l'espace/temps,...), leur caractérisation avancée à l'aide de la métrologie attoseconde, la construction de lignes de lumière attoseconde intégrées, stables et fiables pour les utilisateurs;

III) développer de nouveaux types de spectroscopies (spectroscopie harmonique, spectroscopie de photo-ionisation attoseconde) utilisant l'émission attoseconde afin d'étudier les dynamiques électroniques et nucléaires ultrarapides  en phase gaz;

IV) développer de nouvelles techniques d'imagerie sans lentille avec des résolutions temporelles (atto/femto) et spatiales (nano) permettant de résoudre des dynamiques de processus variés (renversements de spin de nano-domaines magnétiques Co/Pd, imagerie de cellules biologiques);

V) Etudier la génération d’harmonique dans les solides : semiconducteurs, diélectriques, matériaux 2D (graphène, MoSe2, …), riche d’applications potentielles: production d’impulsions attosecondes « all-solid-sate », manipulations spatio-temporelles (contrôle du moment angulaire orbital ou de spin), nanoplasmonique, optoélectronique pétahertz.

      

Sujets de recherche

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
#1149 - Màj : 27/06/2019
Thèmes de recherche

Interaction laser-matière : Matière sous conditions extrêmes

  "Matière sous conditions extrêmes" (LIDyL) se composent de trois groupes de recherche   Attophysique Le groupe ATTO étudie la production par génération d'harmoniques d'ordre élevé dans un gaz d'impulsions de lumière dans l'extrême UV (10-100nm), de durée ultra-brève, typiquement une centaine d'attosecondes (1as=10-18s).......

Interaction laser-matière : Matière sous conditions extrêmes
Interaction rayonnement-matière

Interaction rayonnement-matière

Lumière - Photosciences : La lumière intervient directement dans de nombreux processus physiques et chimiques ; elle est aussi un formidable outil d’investigation de la matière sous toutes ses formes. Les photosciences à l'IRAMIS recouvrent l’ensemble des études qui considèrent l’interaction lumière-matière en tant que processus fondamental et outil d’analyse.

Voir aussi
Voir aussi
Hommage à Bertrand Carré : Hommage à Bertrand Carré C’est avec une grande émotion que nous apprenons la disparition de notre collègue et ami Bertrand Carré. Il s’est battu avec un courage impressionnant contre la grave maladie diagnostiquée en juillet 2016.
Faits marquants scientifiques
18 juillet 2020
Au XIXème siècle, obtenir une photographie nécessitait de longs temps de pose, car les pellicules étaient très peu sensibles. Le problème subsiste en photographie moderne : si l'obturateur est trop rapide, trop peu de photons entrent dans l'appareil pour obtenir une bonne image.
20 mai 2019
L'imagerie stéréoscopique, fournie par nos deux yeux, nous donne une vision "en relief" des objets qui nous entourent. En séparant en deux faisceaux une unique impulsion laser harmonique dans le domaine des rayons X, il devient possible d'obtenir de façon similaire des images tridimensionnelles de nanostructures, avec une résolution temporelle donnée par la durée de l'impulsion.
19 février 2018
Comme nos mains, certaines molécules ne sont pas superposables à leur image miroir. Identifier ces molécules droites ou gauches, qu’on dit" chirales", est une étape cruciale de nombreuses applications en chimie et en pharmaceutique. Une équipe de recherche internationale  (INRS/ MBI/CNRS/CEA/Université de Bordeaux) présente une nouvelle méthode très originale pour y parvenir.
22 novembre 2017
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.
30 mars 2017
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.
05 novembre 2016
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.
10 août 2016
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.
03 avril 2015
Les sources d’électrons pulsées représentent une alternative intéressante aux sources de photons X pulsées basées sur des systèmes laser de haute intensité. Nous décrirons les méthodes actuelles de génération de paquets d’électrons ainsi que les techniques de caractérisation des paquets.
03 mars 2015
L’imagerie par diffraction cohérente est une technique d’imagerie relativement récente permettant d’obtenir des résolutions spatiales de l’ordre de la longueur d’onde car elle se passe de l’emploi d’éléments optiques potentiellement aberrants.
12 février 2015
Avec son énergie considérable, un photon de l’ultraviolet extrême ionise toutes les molécules, indépendamment du détail de leur structure énergétique. Pour cette raison les impulsions lumineuses ultrabrèves dans ce domaine spectral sont sans égal pour sonder les processus photochimiques.
09 janvier 2015
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).
01 octobre 2012
Si un aimant peut être "permanent", la dynamique des spins à l'origine de l'aimantation peut être ultra-rapide à l'échelle nanométrique, dans le domaine femtoseconde (10-15 s). Les possibilités actuelles de génération d’impulsions ultra-brèves dans le domaine X-UV  ouvrent de nouvelles perspectives pour les études dans ce domaine.
06 août 2012
L'état électronique d'une molécule réagit très rapidement - à l'échelle de la femtoseconde (10-15 s), voire de l'attoseconde (10-18 s) - à toute perturbation telle qu'une excitation laser, une vibration qui modifie la position relative des noyaux atomiques qui la constitue, ou encore au cours d'une réaction chimique.
03 avril 2012
Pour observer des phénomènes ultrarapides tels que le mouvement des électrons au sein de la matière, les chercheurs ont besoin de sources capables de produire des rayonnements lumineux extrêmement brefs et énergétiques.
11 février 2010
S. Haessler, J. Caillat, W. Boutu, C. Giovanetti-Teixeira, T. Ruchon, T. Auguste, Z. Diveki, P. Breger, A. Maquet, B. Carré, R. Taïeb & P. Salières,
Visualiser le mouvement des électrons dans la matière demande d'avoir simultanément une résolution spatiale de l'ordre du dixième de nanomètre et une résolution temporelle à l'échelle attoseconde (1 as = 10-18 s).
06 juillet 2009
Contact CEA : Hamed Merdji
Pour obtenir une image d'un objet, il suffit usuellement de l'éclairer et d'enregistrer la lumière diffusée qui parvient à un détecteur. Si l'image est formée à l'aide d'un objectif, l'optique utilisée impose de nombreuses limitations (résolution, aberrations...).
20 octobre 2008
Fabien Quéré et le Groupe Physique à Haute Intensité (PHI) - IRAMIS – Service des Photons, Atomes et Molécules (SPAM)
Depuis l'invention du laser on cherche à obtenir des faisceaux de longueur d'onde de plus en plus courte, dans le domaine des rayons X. Une des manières de produire du rayonnement XUV est de focaliser un laser intense dans un milieu matériel.
13 mai 2008
W. Boutu1, S. Haessler1, H. Merdji1, P. Breger1, G. Waters2, M. Stankiewicz3, L. J. Frasinski4, R. Taieb5,6, J. Caillat5,6, A. Maquet5,6, P. Monchicourt1, B. Carre1 and P. Salieres1 1. CEA-Saclay, DSM, Service des Photons, Atomes et Molécules, 91191 Gif sur Yvette, France 2. J.J. Thomson Physical Laboratory, University of Reading, Whiteknights, Reading RG6 6AF, UK 3. Institute of Physics, Jagiellonian University, ul.
Publications HAL

Dernières publications ATTO


Toutes les publications ATTO dans HAL-CEA

Thèses
5 sujets /LIDYL/ATTO

Dernière mise à jour : 27-02-2021


 

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/.

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
Stages
Caractérisation temporelle des dynamiques électroniques attosecondes dans les cristaux pour l'électronique petahertz
Temporal characterization of attosecond electron dynamics in crystals for petahertz electronics

Spécialité

Interaction laser-matière

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/05/2021

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BOUTU Willem
+33 1 69 08 51 63

Résumé/Summary
L'objectif du stage est d'étudier les dynamiques électroniques ultrarapides au sein de cristaux semiconducteurs lors de l'interaction avec un champ laser femtoseconde intense. Il s'agira plus particulièrement d'obtenir la structure temporelle attoseconde de l'émission harmonique résultante, signature directe de ces dynamiques.
The internship aims at studying ultrafast electron dynamics in semiconducting crystals during their interaction with a strong femtosecond laser. More specifically, the objective will be to obtain the attosecond temporal structure of the resulting emission, direct signature of those dynamics.
Sujet détaillé/Full description
Utiliser la lumière afin de contrôler le mouvement des électrons au sein d’un semiconducteur ouvre la voie vers l’optoélectronique petahertz, c’est-à-dire la fabrication de dispositifs électroniques commutant 1000 fois plus rapidement que les transistors les plus rapides actuellement. En effet, dans un cristal semiconducteur ou diélectrique, l’excitation des électrons de valence vers la bande de conduction crée des porteurs de charge qui peuvent transporter du courant électrique au sein de dispositifs électroniques. En utilisant une lumière laser intense, ces porteurs peuvent être accélérés au sein des différentes bandes électroniques, à volonté et de façon réversible. En mettant en forme le champ électromagnétique du laser à l’échelle du cycle optique, ces processus peuvent être contrôlés à l’échelle de l’attoseconde (1 attoseconde = 10^{-18} seconde).
Lorsque ces électrons accélèrent sous l’effet du champ fort dans les bandes de conduction ou se recombinent vers la bande de valence un rayonnement de courte longueur d’onde est émis. Dans le domaine spectral, ce rayonnement cohérent est constitué des harmoniques d’ordre élevé du rayonnement incident [1]. Dans le domaine temporel, cela correspond à une émission d’impulsions ultrabrèves, a priori attosecondes, bien que cette mesure n’ait pas encore été réalisée à ce jour. Le rayonnement harmonique est une conséquence directe des dynamiques électroniques dans le champ laser. Caractériser temporellement l’émission harmonique permettrait par conséquent de déduire précisément la dynamique des électrons, notamment en différenciant les processus intra et inter-bandes. Cependant, le domaine d’émission de ce rayonnement (dans l’ultraviolet extrême, c’est-à-dire entre 100 et quelques 10s de nanomètres) rend la mesure du profil temporel non triviale. Basé sur l'expertise du groupe Attophysique du LIDYL [2,3], le stage consistera à mettre en œuvre un dispositif de mesure temporelle par la technique RABBITT, adapté aux spécificités de la génération d’harmoniques dans les cristaux. En outre, il s’agira d’étudier les dynamiques électroniques de matériaux présentant de très fortes corrélations entre électrons. Ainsi, un cristal de VO2 présente une transition ultrarapide entre une phase isolante et une phase métallique, laquelle peut être induite optiquement. La caractérisation temporelle de l’émission harmonique nous permettra là aussi d’étudier ces dynamiques particulières. Ce degré de liberté et de contrôle supplémentaire fait de cette catégorie de matériaux des candidats sérieux pour de futurs dispositifs électroniques petahertz. Ce stage se déroulera sur l'installation NanoLight, un tout nouveau laboratoire du groupe Attophysique, équipé notamment d’un nouveau système laser, un OPCPA intense de 100kHz, délivrant des impulsions de quelques cycles optiques dans l’infrarouge rouge proche.
[1] Ghimire et al., Nature Physics 7, 128 (2011)
[2] Mairesse et al., Sciences 302, 1540 (2003)
[3] Boutu et al., Nature Physics 4, 545 (2008)
Using light to control the motion of electrons in a semiconducting crystal opens the way towards petahertz optoelectronics, which would relies on electronic devices switching 1000 times faster than the current fastest transistors. In a semiconducting or dielectric crystal, the excitation of electrons from the valence to a conduction band generate charge carriers, which can carry electric current in electronic devices. Using intense laser light, those carriers can be accelerated in the different electronic bands in a controllable and reversible way. By shaping the laser electromagnetic field at the optical cycle level, these processes can be controlled at the attosecond time scale (1 attosecond = 10^{-18} second).
When those electrons accelerate in the strong laser field inside the conduction bands or recombine towards the valence band, a short wavelength radiation is emitted. In the spectral domain, this coherent radiation consists in successive high order harmonics of the incident radiation [1]. In the temporal domain, this corresponds to the emission of ultrashort pulses, in the attosecond scale, although this measurement has not been performed up to now. The harmonic emission is a direct consequence of the electron dynamics in the laser field. The temporal characterization of the emission would therefore allow to precisely know the dynamics of the electrons, in particular by differentiating the intra and inter band processes. However, the spectral domain of this radiation (in the extreme ultraviolet domain, i.e. between 100 and a few 10s nm) complicates this measurement. Based on the expertise of the Attophysics group from LIDYL [2,3], the aim of the internship will be to perform temporal characterization of the emission using the RABBITT technique, adapted to the specificity of high order harmonic generation in crystals. Moreover, we will study electron dynamics in strongly correlated materials, where correlations between electrons dictate the global properties. More specifically, VO2 crystals have a reversible ultrafast metal to insulator phase transition that can be optically addressed. This additional degree of freedom and of control makes this type of crystals serious candidates for the future smart devices for petahertz electronics. The temporal characterization of the harmonic emission will allow us to study this specific dynamics.
This internship will take place in the NanoLight facility, a brand new laboratory of the Attophysics group, equipped with a new OPCPA laser system that delivers intense ultrashort pulses of just a couple optical cycle duration at a 100kHz repetition rate, in the near infrared spectral domain.
[1] Ghimire et al., Nature Physics 7, 128 (2011)
[2] Mairesse et al., Sciences 302, 1540 (2003)
[3] Boutu et al., Nature Physics 4, 545 (2008)
Mots clés/Keywords
physique attoseconde, génération d'harmoniques d'ordre élevé, semiconducteur
attophysics, high order harmonic generation, semiconductor
Compétences/Skills
optique XUV, RABBITT, spectroscopie de photoélectrons
XUV optics, RABBITT, photoelectron spectroscopy
Génération d'harmoniques d'ordre élevé à 13 nm pour une imagerie sans lentille à résolution nanométrique
13 nm high order harmonic generation for nanometer scale resolution lensless imaging

Spécialité

Laser

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

07/05/2021

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

BOUTU Willem
+33 1 69 08 51 63

Résumé/Summary
L’imagerie par diffraction cohérente (CDI) est une imagerie sans lentille qui utilise la cohérence spatiale et l’optique de Fourier permettant d'atteindre en microscopie à rayons X une résolution spatiale seulement limitée par la longueur d’onde. Développée pour les installations synchrotron, elle est aujourd'hui mise en œuvre, en particulier au CEA-LIDYL, avec des impulsions femtoseconde de courte longueur d'onde, ce qui permet l’essor d'une imagerie à l'échelle nanométrique.

L'objectif du stage est de mettre en œuvre ce type de microscopie avec des impulsions laser harmoniques à 13 nm, obtenues à partir du nouveau laser femtoseconde à taux de répétition élevé de l'équipe.
Sujet détaillé/Full description
L’imagerie par diffraction cohérente (CDI) est une technique d’imagerie sans lentille qui utilise la cohérence spatiale et l’optique de Fourier pour éliminer l’optique traditionnelle utilisée dans le but d’atteindre une résolution spatiale limitée en longueur d’onde en microscopie à rayons X. Développée à l'origine pour les installations synchrotron, sa mise en œuvre sur des sources de longueur d'onde courte basées sur des lasers a permis l'essor de l'imagerie femtoseconde à l'échelle nanométrique.
Depuis plus de 10 ans, le CEA-LIDYL a mis au point de nouvelles techniques CDI utilisées en laboratoire, telles que l'holographie à transformée de Fourier avec référence étendue [1], l'imagerie stéréo 3D [2] ou le CDI en une seule prise pour des expériences à résolution temporelle [3,4]. Ces sources à petite échelle sont basées sur un phénomène ultra non linéaire appelé génération d'ordre harmonique élevé (HHG), découvert au CEA-Saclay il y a 30 ans [5}.

En focalisant un faisceau laser infrarouge femtoseconde sur un jet de gaz, il est possible de générer un rayonnement cohérent ultra-court (femtoseconde à attoseconde) dans le domaine ultra-ultra-violet. Ce processus est maintenant bien compris et fait actuellement l'objet d'une démocratisation rapide pour des expériences de spectroscopie ultra-rapide. Cependant, le faible flux de photons est une limitation importante pour de nombreuses applications.
L'acquisition au CEA-LIDYL, d'un laser femtoseconde à taux de répétition élevé permet le développement selon une nouvelle technologie d'une source de HHG à haut flux, basée sur une géométrie capillaire.

L'objectif du stage est de mettre en œuvre sur ce laser le nouvel appareil de microscopie dans le nouveau laboratoire du groupe. Après optimisation et caractérisation de l'émission harmonique, l'étudiant utilisera le rayonnement à une longueur d'onde de 13 nm pour effectuer une première expérience CDI (par une technique d'imagerie aussi appelée ptychographie [6]), afin de démontrer qu'il est possible d'obtenir la résolution spatiale à l'échelle nanométrique sur un échantillon à l'état solide de grande taille. Cette première démonstration constituera un premier pas vers le développement d'une nouvelle ligne de lumière dédiée à l'inspection des masques lithographiques, un outil essentiel pour l'industrie de la microélectronique. Ces développements s'inscriront dans le cadre d'un nouveau laboratoire commun avec la PME Imagine Optic d'Orsay, qui vise à proposer de nouveaux outils de métrologie à courte longueur d'onde.
Coherent diffractive imaging (CDI) is a lensless imaging technique that uses spatial coherence and Fourier optics to remove the traditionallyused objectiveoptics in order to reach wavelength limited spatial resolution in X-ray microscopy. First developed for synchrotron facilities, its implementation onlaser based short wavelengthsources has allowedfor the rise of nanoscale femtosecond imaging. For more than 10 years the CEA-LIDYL has developed new CDI techniqueson laboratory sources, such as Fourier Transform Holography with Extended Reference [1], Stereo 3D imaging [2], or single shot CDI for time resolved experiments [3,4].

Those small scale sources arebased on anultra nonlinearphenomenon called high order harmonic generation (HHG), discovered at CEA-Saclay 30 years ago [5}. When focusing a femtosecond infrared laser beam on a gas jet, one can generate ultrashort (femtosecond to attosecond) coherent radiation in the extremeultraviolet domain.This process is now well understood, and is currently undergoing a rapid democratization for ultrafast spectroscopy experiments. However, the low photon flux is a strong limitation for many applications.

At CEA-LIDYL we recently acquired a high repetition rate femtosecond laser and developed a new technology for high flux HHG source, based on a long capillary geometry. The aim of the internshipis to implement this new apparatus on the laser in the group new laboratory. After optimization and characterization of the harmonic emission, the fellow will use the λ=13nm radiation to perform a first CDI experiment, with the aim of demonstrating nanometer scale spatial resolution on a large size solid-state sample using an imaging technique called ptychography [6]. This first demonstration is a first step towards the development of a new beamline dedicated to lithographymask inspection, a vital toolfor microelectronics industry. These developments will take placein the framework of a new jointlaboratory with Orsay SME Imagine Optic, which is aiming at proposing new metrology tools at short wavelengths.


1. Gauthier et al., Single-shot Femtosecond X-Ray Holography Using Extended References, PRL 105, 093901 (2010)
2. Duarte et al., Computed stereo lensless X-ray imaging, Nat. Photonics 13, 449 (2019)
3. Ravasio et al., Single-Shot Diffractive Imaging with a Table-Top Femtosecond Soft X-Ray Laser-Harmonics Source, PRL 103, 028104 (2008)
4. Boutu et al., Impact of noise in holography with extended references in the low signal regime, Opt. Express 24, 6318 (2016)
5. Ferray et al., Multiple-harmonic conversion of 1064 nm radiation in rare gases, J. Phys. B 21, L31 (1988)
6. Thibault et al., High-Resolution Scanning X-ray Diffraction Microscopy, Science 321, 379 (2008).
Mots clés/Keywords
Laser, génération d'harmoniques, microscopie nanométrique
Compétences/Skills
Impulsions laser femtosecondes, Génération d'harmoniques
Génération d'impulsions attosecondes portant un moment angulaire orbital
Generation of attosecond pulses carrying an orbital angular momentum

Spécialité

Interaction laser-matière

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

28/05/2021

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

RUCHON Thierry
+33 1 69 08 70 10

Résumé/Summary
Au cours de ce stage l'étudiant(e) mettra en place, sur un laser femtoseconde intense, un dispositif interférométrique pour étudier, lors de la génération d'impulsions attosecondes, les couplages entre moment angulaires orbitaux et de spin de la lumière. Ce stage d'abord expérimental mettra en jeu des concepts d'optique non linéaire, d'optique quantique et d'interaction laser matière.
During this training, the student will set up, on an intense femtosecond laser, an interferometric device to study, during the generation of attosecond pulses, the couplings between angular orbital moment and spin angular moment of light. This experimental training will require concepts of nonlinear optics, quantum optics and laser-matter interaction.
Sujet détaillé/Full description
Ces dernières années, la génération d’impulsions sub-femtosecondes, dites attosecondes (1as=10−18s), 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 l’interaction très fortement non linéaire d’impulsions laser brèves (10 à 50 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 quelques 100 attosecondes [Mairesse03]. Une des voies d'application de ces impulsions est leur utilisation dans des schémas pompe-sonde. Un échantillon est porté dans un état excité par une première impulsion IR et une deuxième, l'impulsion attoseconde, vient le sonder à un délai ajustable, moins d'une femtoseconde plus tard. L'impulsion attoseconde ayant un spectre dans l'XUV elle peut photoioniser les échantillons. Il y a donc deux façons de "lire" l'interaction: en analysant le défaut de photons transmis ou réfléchis, ou les photoélectrons émis. Jusqu'à présent, ces techniques ont été utilisées en sondant la matière avec un rayonnement attoseconde polarisé linéairement et présentant un front d’onde à symétrie cylindrique. Récemment, nous avons étendu la gamme de ces expériences en utilisant d’une part des impulsions polarisées circulairement [Ferré15], d’autre part, des impulsions dont le front d’onde est hélicoïdal [Géneaux16, Gauthier17, Chappuis2019]. Alors que les premières sont associées à des photons portant un moment angulaire de spin, les secondes correspondent à des photons portant un moment angulaire orbital. Les perspectives sont à la fois appliquées, en particulier à la femtochimie de molécules chirales ou au contrôle ultrarapide de la magnétisation [Fanciulli20, Ruchon20], et fondamentales, en particulier liées aux lois de conservation des moments angulaires dans les processus d’optique non linéaire.

Au cours de ce stage, nous proposons de mettre en place un dispositif optique original permettant de tester les lois de conservation des moments angulaires au cours du phénomène extrêmement non linéaire à la base de la synthèse d’impulsions attosecondes, la génération d’harmoniques d’ordre élevé (GHOE). Nous mettrons en œuvre deux faisceaux femtoseconde (≃ 25 fs) intenses, qui se croiseront dans un gaz atomique où aura lieu la GHOE. À cet endroit, les deux faisceaux formeront un réseau transitoire dont nous varierons l’épaisseur et la profondeur. Chacun des deux faisceaux portera un moment angulaire de spin et/ou un moment angulaire orbital, ajustable rapidement. Le diagnostic de l’interaction se fera à la fois par polarimétrie du rayonnement XUV, et par mesure du moment angulaire orbital par interférométrie. Outre les aspects fondamentaux mis en jeu, la mise au point de cette technique ouvrira des champs d'explorations nouveaux comme par exemple l'étude de biréfringences ou dichroïsmes transitoires attosecondes qui donneront une nouvelle image des processus à l'œuvre dans des systèmes asymétriques à cette échelle de temps. Ce stage sera effectué sur les lasers FAB1 & 10 d’Attolab

Compétences développées :

Le ou la stagiaire acquerra une pratique de l’optique des lasers femtoseconde et des techniques de spectrométrie de particules chargées. Il ou elle étudiera également les processus de physique des champs forts sur lesquels se basent les théories de génération d'harmonique élevées. Finalement des développements théoriques pourront également être inclus selon les goûts du ou de la candidat(e). La poursuite en thèse est souhaitée.

Compétences requises :

Des compétences en optique, physique atomique et moléculaires seront appréciées.
Références :

[ Ferré15] Ferré, A. et al.: , 2015. Nature Photonics, 9, 93.
[Fanciulli20] Fanciulli, M. et al.: arXiv:2005.08354.
[Ruchon20] Ruchon, T. et al.: arXiv:2005.08349.
[Chappuis19] Chappuis et al., 2019, Phys. Rev. A, 99, 033806
[Gauthier17] Gauthier, D. et al.: , 2017. Nature Communications, 8.
[Géneaux16] Géneaux, R. et al.: , 2016. Nature Communications, 7, 12583.
[Gruson16] Gruson, V. et al.: , 2016. Science, 354(6313), 734.
[Mairesse03] Mairesse, Y. et al.: , 2003. Science, 302, 1540.
Summary
In recent years, the generation of sub-femtosecond pulses, so-called attoseconds (1as = 10-18s), has seen spectacular progress. These ultra-short pulses open up new prospects for the exploration of matter on a previously inaccessible scale of time. Their generation is based on the highly nonlinear interaction of short (10 to 50 femtosecond) intense laser pulses with atomic or molecular gases. The high-order harmonics of the fundamental frequency are produced over a wide spectral range (160-10 nm) covering the extreme ultraviolet spectral range (UVX). In the temporal domain, this coherent radiation appears as a train of light pulses lasting some 100 attoseconds [Mairesse03]. One way of applying these pulses is their use in pump-probe schemes. A gas sample is brought into an excited state by a first IR pulse and a second attosecond pulse, is shine at an adjustable delay, less than one femtosecond later. The attosecond pulse having a spectrum in the XUV it photoionizes the samples. There are thus two ways of "reading" the interaction: by analyzing the defect of transmitted photons or the photoelectrons emitted. Until now, these techniques have been used by probing the material with linearly polarized attosecond radiation having a cylindrical symmetric wavefront. Recently, we have extended the range of these experiments using, on the one hand, circularly polarized pulses [Ferré15] and, on the other hand, pulses whose wave front is helical [Géneaux16, Gauthier17, Chappuis19]. While the former are associated with photons carrying an angular spin moment, the latter correspond to photons carrying an orbital angular momentum. The prospects are both applied, in particular to the femtochemistry of chiral molecules or ultrafast magnetization dynamics [Ruchon20, Fanciulli20], and fundamental, in particular related to the laws of conservation of angular moments in the processes of nonlinear optics.

During this training, we propose to set up a unique optical device to test the laws of conservation of the angular momenta during the extremely nonlinear phenomenon at the base of the synthesis of attosecond pulses, the generation of high order harmonics (HHG). We will use two femtosecond (≃ 25 fs) intense beams, which will intersect in an atomic gas where the HHG will take place. At this point, the two beams will form a transient grating whose thickness and depth will be adjustable. Each of the two beams will carry an angular moment of spin and / or an orbital angular moment, adjustable rapidly. The diagnosis of the interaction will be carried out by both polarimetry of the XUV radiation and by measurement of the orbital angular momentum by interferometry. In addition to the fundamental aspects involved, the development of this technique will open new fields of investigation, such as the study of birefringences or transient attosecond dichroism which will give a new image of the processes at work in asymmetric systems at this time scale. This training will be hosted on Attabab FAB1 & 10 lasers

Acquired know-hows:

The trainee will acquire a practice of femtosecond lasers and charged particle spectrometry techniques. He or she will also study strong fields physics on which the high harmonic generation is based. Finally, theoretical developments may also be included depending on the candidate's tastes. The pursuit in PhD thesis is desired.

Required skills:
Skills in optics, atomic and molecular physics will be appreciated.

References :
[ Ferré15] Ferré, A. et al.: , 2015. Nature Photonics, 9, 93.
[Fanciulli20] Fanciulli, M. et al.: arXiv:2005.08354.
[Ruchon20] Ruchon, T. et al.: arXiv:2005.08349.
[Chappuis19] Chappuis et al., 2019, Phys. Rev. A, 99, 033806
[Gauthier17] Gauthier, D. et al.: , 2017. Nature Communications, 8.
[Géneaux16] Géneaux, R. et al.: , 2016. Nature Communications, 7, 12583.
[Gruson16] Gruson, V. et al.: , 2016. Science, 354(6313), 734.
[Mairesse03] Mairesse, Y. et al.: , 2003. Science, 302, 1540.
Mots clés/Keywords
Physique attoseconde, optique non linéaire, optique quantique
Attosecond physics, non linear optics, quantum optics
Compétences/Skills
Laser femtosecondes Génération d'harmoniques d'ordre élevé Moment Angulaire Orbital de la lumière Interféromètres Détecteurs de particules chargés Méthodes du vide Modélisation (Python)
Ultra short lasers High Harmonic Generation Orbital Angular Momentum of light Interferometers Charged particle detectors Vacuum methods Modelling (Python)
Logiciels
Python
Imagerie attoseconde de paquets d’ondes électroniques dans les gaz moléculaires
Attosecond imaging of electronic wavepackets in molecular gases

Spécialité

Interaction laser-matière

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/03/2021

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

SALIERES Pascal
+33 1 69 08 63 39

Autre lien

Résumé/Summary
L’étudiant-e produira des impulsions attosecondes à l’aide d’un laser Titane:Saphir intense. Ces impulsions ultrabrèves seront utilisées pour étudier la dynamique ultrarapide d’ionisation de gaz moléculaires, et en particulier, imager en temps réel l’éjection du paquet d’onde électronique.
The student will generate attosecond pulses using an intense Titanium:Sapphire laser. These ultrashort pulses will be used to investigate the ultrafast ionization dynamics of molecular gases, and in particular, to image in real time the ejection of electronic wavepackets.
Sujet détaillé/Full description
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 brèves (~20 femtosecondes) et intenses focalisées dans des gaz. 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 chacune [1]. Pour produire des impulsions attosecondes isolées, il faut réduire la durée des impulsions IR fondamentales à ~un cycle optique (<5fs) par la technique dite de ‘post-compression’, en cours d’installation sur ATTOLab.

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 la construction en temps réel du profil des résonances [2,3], ainsi qu’aux réarrangements électroniques dans l’ion suite à l’éjection de l’électron. Un spectromètre récemment installé permet de mesurer également la distribution angulaire des électrons, nécessaire à la reconstruction du film 3D de l’éjection électronique, et à l’étude des effets de décohérence quantique dus notamment à l’intrication électron-ion [4].

Le travail expérimental comprendra la mise en œuvre d’un dispositif, installé sur le laser FAB1 de l’Equipement d’Excellence ATTOLab, permettant : i) la génération d’impulsions attosecondes ; ii) leur caractérisation par interférométrie quantique ; iii) leur 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, optique quantique, et acquerra une bonne maitrise de la spectroscopie de particules chargées. La poursuite en thèse est souhaitée.

[1] Y. Mairesse, et al., Science 302, 1540 (2003)
[2] V. Gruson, et al., Science 354, 734 (2016)
[3] L. Barreau, et al., Phys. Rev. Lett. 122, 253203 (2019)
[4] C. Bourassin-Bouchet, et al., Phys. Rev. X 10, 031048 (2020)
Recently, the generation of sub-femtosecond pulses, so-called attosecond pulses (1 as=10−18 s), has made impressive progress. These ultrashort pulses open new perspectives for the exploration of matter at unprecedented timescale. Their generation result from the strong nonlinear interaction of short intense laser pulses (~20 femtoseconds) focused in gases. High order harmonics of the fundamental frequency are produced, covering a large spectral bandwidth in the extreme ultraviolet (XUV) range. In the temporal domain, this coherent radiation forms a train of 100-attosecond pulses [1]. The generation of isolated attosecond pulses requires shortening the fundamental laser pulses to single-cycle duration (<5 fs) using the ‘post-compression’ technique, currently under installation at ATTOLab.

With such attosecond pulses, it becomes possible to investigate the fastest dynamics in matter, i.e., electronic dynamics that occur naturally on this timescale. Attosecond spectroscopy thus allows studying fundamental processes, e.g., photo-ionization, in order to answer questions such as: how long does it take to remove one electron from an atom or a molecule? The measurement of attosecond ionization delays is currently a “hot topic” in the scientific community. In particular, the study of the ionization dynamics close to resonances gives access to the buildup in real time of resonance profiles [2,3] and to electronic rearrangements in the ion upon electron ejection. A recently installed spectrometer now gives access to the electron angular distribution allowing the reconstruction of the 3D movie of the electron ejection, as well as the investigation of quantum decoherence effects, e.g., induced by ion-photoelectron entanglement [4].

The experimental work will include the development/operation of a setup installed on the FAB1 laser of the ATTOLab Excellence Equipment allowing: i) the generation of attosecond XUV pulses, ii) their characterization using quantum interferometry, iii) their use in photo-ionization spectroscopy (electron detection). The theoretical aspects could also be developed. The student will be trained in ultrafast optics, atomic and molecular physics, quantum optics and will acquire a good mastery of charged particle spectrometry. The continuation on a PhD project is advised.

[1] Y. Mairesse, et al., Science 302, 1540 (2003)
[2] V. Gruson, et al., Science 354, 734 (2016)
[3] L. Barreau, et al., Phys. Rev. Lett. 122, 253203 (2019)
[4] C. Bourassin-Bouchet, et al., Phys. Rev. X 10, 031048 (2020)
Mots clés/Keywords
Physique attoseconde, optique non linéaire, optique quantique
Attosecond physics, nonlinear optics, quantum optics
Compétences/Skills
Laser femtoseconde intense, génération d’harmoniques d’ordre élevé, interférométrie optique et quantique, spectrométrie de photons UVX, spectrométrie d’électrons
Intense femtosecond laser, high-order harmonic generation, optical and quantum interferometry, spectrometry of XUV photons, electron spectrometry
Logiciels
Labview, Python
Images
Génération efficace d\'harmoniques laser d\'ordre élevé, assistée par effets plasmoniques
Génération efficace d\'harmoniques laser d\'ordre élevé, assistée par effets plasmoniques
Génération efficace d\'harmoniques laser d\'ordre élevé, assistée par effets plasmoniques
Des molécules pour contrôler les impulsions lumineuses à l\'échelle attoseconde
Des molécules pour contrôler les impulsions lumineuses à l\'échelle attoseconde
Des molécules pour contrôler les impulsions lumineuses à l\'échelle attoseconde
La dynamique cohérente des Miroirs Plasmas
La dynamique cohérente des Miroirs Plasmas
La dynamique cohérente des Miroirs Plasmas
La dynamique cohérente des Miroirs Plasmas
Imagerie nanométrique monocoup avec une source harmonique de rayons X mous
Diffraction femtoseconde du photoélectron
Impulsions de quelques cycles optiques
Impulsions de quelques cycles optiques
Ionisation double de H2 avec des impulsions de quelques cycles optiques
Imagerie ultra-rapide par tir laser unique d’\'objets nanométriques par diffraction cohérente de rayons X
Imagerie ultra-rapide par tir laser unique d’\'objets nanométriques par diffraction cohérente de rayons X
Imagerie ultra-rapide par tir laser unique d’\'objets nanométriques par diffraction cohérente de rayons X
Contact Attophysique
Projets et financements
Projets et financements
Projets et financements
Projets et financements
Projets et financements
Projets et financements
Génération d\'harmonique laser femtoseconde polarisée circulairement et dichroïsme en photoionisation
Observer la dynamique électronique dans une molécule à l\'échelle de l\'attoseconde (10-18 - 10-15 s)
Observer la dynamique électronique dans une molécule à l\'échelle de l\'attoseconde (10-18 - 10-15 s)
Observer la dynamique électronique dans une molécule à l\'échelle de l\'attoseconde (10-18 - 10-15 s)
Ionisation multiple et explosion coulombienne
Ionisation multiple et explosion coulombienne
Ionisation Multiple et Imagerie Moléculaire
Étudier la dynamique d\'aimantation à l\'échelle nanométrique avec une résolution femtoseconde
Étudier la dynamique d\'aimantation à l\'échelle nanométrique avec une résolution femtoseconde
Étudier la dynamique d\'aimantation à l\'échelle nanométrique avec une résolution femtoseconde
Étudier la dynamique d\'aimantation à l\'échelle nanométrique avec une résolution femtoseconde
Génération par plasma laser de rayonnement ultrabref contrôlé
Génération par plasma laser de rayonnement ultrabref contrôlé
Génération par plasma laser de rayonnement ultrabref contrôlé
Imagerie attoseconde d\'orbitales moléculaires
Imagerie attoseconde d\'orbitales moléculaires
Imagerie attoseconde d\'orbitales moléculaires
Imagerie attoseconde d\'orbitales moléculaires
Des impulsions de rayonnement ultraviolet extrême quasi circulaire accessibles en laboratoire
Génération et contrôle de paquets d’électrons ultracourts
Vers l’imagerie nanométrique et attoseconde
Des impulsions lasers harmoniques XUV attosecondes porteuses d\'un moment angulaire orbital : la visseuse-dévisseuse laser !
Des impulsions lasers harmoniques XUV attosecondes porteuses d\'un moment angulaire orbital : la visseuse-dévisseuse laser !
Des impulsions lasers harmoniques XUV attosecondes porteuses d\'un moment angulaire orbital : la visseuse-dévisseuse laser !
Des impulsions lasers harmoniques XUV attosecondes porteuses d\'un moment angulaire orbital : la visseuse-dévisseuse laser !
Le film de la naissance attoseconde d\'un photoélectron
Le film de la naissance attoseconde d\'un photoélectron
Le film de la naissance attoseconde d\'un photoélectron
Le film de la naissance attoseconde d\'un photoélectron
Le film de la naissance attoseconde d\'un photoélectron
Nouvelle plateforme ATTOLab : Génération des premiers photons UVX et caractérisation de la structure attoseconde
Projet ANR Xstase (Lidyl/Atto)
Quand les électrons partent en vrille
Quand les électrons partent en vrille
Hommage à Bertrand Carré
Attosecond Science
Attosecond Science
Attosecond Science
Attosecond Science
Attosecond Science
Attosecond Science
Attosecond Science
Attosecond Science
Attosecond Science
Attosecond beamlines
H2020 FET-Open : PetaCOM - Petahertz Quantum Optoelectronic Communication
H2020 FET-Open : PetaCOM - Petahertz Quantum Optoelectronic Communication
Imagerie stéréo-numérique 3D ultra-rapide et à résolution nanométrique
Observer un objet nanométrique avec une résolution attoseconde

 

Retour en haut