Optimisation de l’émission XUV dans les semiconducteurs par ingénierie de bande

La génération d’harmoniques d’ordre élevé (GH) dans les gaz est étudiée depuis longtemps au LIDYL. Ce n’est que récemment que le principe fondamental de la GH a pu être transposé dans les semi-conducteurs et les diélectriques. Lorsqu’un laser ultrabref et intense irradie un cristal, le champ électrique produit est suffisant pour promouvoir des électrons de la bande de valence aux bandes de conduction par effet tunnel. Ils oscillent à des fréquences petahertz ensuite au sein de ces bandes d’énergie sous l’influence du champ laser, émettant un rayonnement cohérent potentiellement attoseconde et de très courte longueur d’onde. Ce rayonnement est par conséquent directement lié à la dynamique des électrons dans le champ laser et dans le potentiel cristallin. Une « ingénierie » de la structure de bandes permet ainsi de contrôler les propriétés spectrales de l’émission.

Génération d'Harmoniques (GH) dans les cristaux : a) Spectre harmonique dans MgO non dopé. Le laser incident a une longueur d’onde de 1,78 μm. Les plateaux 1 et 2 correspondent à des couplages avec deux bandes de conduction successives. Intensités des harmoniques d’ordre 5 (b) et d’ordre 11 (c) dans un cristal de GaAs (λlaser = 2,42 μm), en fonction de l’orientation respective du cristal et de la polarisation linéaire du laser, et pour différents éclairements laser.

Nous avons ainsi pu mettre en évidence qu’un dopage léger d’un cristal de MgO par des atomes de chrome permettait d’augmenter l’efficacité de la génération sans en modifier la structure spectrale. En effet, ce dopage résulte principalement en l’apparition de défauts dans la bande interdite. Plus simplement, changer l’orientation relative entre un cristal et la polarisation du laser permet de moduler, voire d’éteindre, la GH, et ce différemment en fonction de l’ordre harmonique considéré et de l’éclairement du laser. Ces travaux préliminaires ouvrent des perspectives pour le développement de sources attosecondes ultracompactes. De plus, la caractérisation temporelle de l’émission GH, actuellement en développement au LIDYL, permettra la caractérisation temporelle des courants électroniques attosecondes contrôlés par le champ laser pour de nouveaux dispositifs optoélectroniques petahertz.

Contacts : Willem Boutu (Lidyl / Atto).

Des monomères à partir de CO2

Thibault Cantat (Nimbe / LCMCE)

Le NIMBE/LCMCE et le groupe de Marc Fontecave (Collège de France) se sont associés pour démontrer que la conversion du CO₂ en monomères est possible, en réalisant un système associant une électroréduction et une étape de thermocatalyse. Le groupe du Collège de France a développé des électrodes ZnAg qui permettent de catalyser l’électroréduction du CO₂ en CO. Huit heures d’électrolyse sous 8 bar de CO₂ à des courants de ~ 200 mA.cm^-2 permettent de produire un mélange contenant 33% de CO, dilué dans du CO₂ résiduel, du H₂ et des traces d’eau et d’oxygène.

Le système développé pour coupler électroréduction et thermocatalyse.

Une étape de remontée en pression et de purification permet de fournir un gaz contenant 51% de CO sous 27 bar, dilué dans du CO₂ et du H₂. Ce gaz est ensuite engagé dans une réaction de carbonylation catalysée par un complexe de cobalt, et permet de carbonyler un époxyde en une lactone avec un rendement de 80%, en utilisant le CO issu de CO₂. Cette lactone peut ensuite être polymérisée pour former des polyesters-polyols, ensuite convertis en polyuréthanes, utilisés pour des isolants ou des peintures. Cet exemple démontre qu’il est possible de coupler un système d’électrocatalyse et un système de thermocatalyse, et d’intégrer ainsi du CO₂ dans des monomères autres que des polycarbonates, en utilisant le CO comme intermédiaire réactif.

Contact : Thibault Cantat (Nimbe / LCMCE).