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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Imagerie attoseconde de paquets d’ondes électroniques dans les gaz moléculaires

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 : 30/03/2021

Résumé :
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.

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 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)
Techniques utilisées au cours du stage :
Laser femtoseconde intense, génération d’harmoniques d’ordre élevé, interférométrie optique et quantique, spectrométrie de photons UVX, spectrométrie d’électrons

Mots clés : Physique attoseconde, optique non linéaire, optique quantique

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