Headlines 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. Les résolutions temporelles et spatiales ultimes qu’il est possible d’atteindre à ce jour seront discutées. Nous exposerons les résultats obtenus lors de notre dernière campagne de mesure sur le serveur ELYSE de l’Université Paris-Sud en 2014, en collaboration avec une équipe de l’ISMO et la start-up ITEOX. Finalement, quelques applications seront mises en perspective.
Coherent diffractive imaging is a recent imaging technique that offers spatial resolutions of the order of the wavelength, thanks to the fact that it does not require any potentially aberrating optical elements. We recently demonstrated sub 100-nm resolution using XUV radiation created by infrared laser high order harmonic generation (HHG). However, the resolution is usually limited by the source spectral width. We propose a new lensless holographic imaging scheme that gives the ability to exploit the spectral and temporal properties of HHG emission. Through a clever positioning of the holographic reference, we demonstrate the possibility either to combine the spatial and spectral resolutions in a single laser pulse, or to achieve nanometer spatial or sub-femtosecond temporal resolutions.
Due to their considerable energy, extreme ultraviolet photons ionize all molecules, regardless of the details of their energy structure. For this reason ultrashort light pulses in this spectral range are second to none to probe photochemical processes. In particular they give access to information on the reaction intermediates, which are ephemeral structures whose spectroscopic properties are usually out of reach. Through a collaboration between the Laboratory interactions, dynamic and lasers - LIDyL (CEA), the intense laser center for applications - CELIA (CNRS / CEA / Univ Bordeaux.), The SOLEIL synchrotron, and the Laboratory collisions, aggregates, reactivity - LCAR (CNRS / Univ. Toulouse 3) we have developed a new laboratory scale source that delivers bright coherent ultrashort and quasi-circularly polarized pulses in the extreme ultraviolet. For this, we used resonant high order harmonic generation in a gas submitted to an intense laser pulse. Today, such a circularly polarized light is produced in this range of radiation by just a few large scale facilities such as synchrotrons and, with the notable exception of a few free electron lasers, only quasi-continuously. Specific polarization properties of this new source presage pump probe studies of processes occurring in chiral molecules, that is to say molecules that are not their own mirror image. The ubiquitous role of these molecules in organic chemistry and biology suggests many applications.
http://www.nature.com/nphoton/journal/v9/n2/full/nphoton.2014.314.html
Les mélanines sont une large classe de biopolymères responsables de la pigmentation chez l’homme. Les mélanines les plus courantes sont l'eumélanine et la phéomélanine, toutes les deux censées protéger les cellules de la peau à l'irradiation UVB, réduisant ainsi le risque de cancer de la peau.
Afin d'obtenir une meilleure compréhension des processus photo-induits impliqués, nous avons entrepris, en collaboration avec une équipe suédoise, une étude par spectroscopie de fluorescence femtoseconde des constituants de l'eumélanine en solution. Ce sont des oligomères de différentes tailles (dimères, trimères, …) formées par la molécule 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid (DHICA). Ces expériences ont mis en évidence un mécanisme très complexe impliquant divers processus de transfert de proton intra- et inter-moléculaires.
Following UV absorption, many biomolecular systems are endowed with mechanisms of excited-states deactivation that ensure their photochemical stability. These (ultra)fast processes indeed provide an efficient way to dissipate the electronic energy into vibration, avoiding then structural damages which could affect their biological function. In order to determine and document the basic physical phenomena controlling the lifetime of excited states and to highlight the link between electronic dynamic and structure, we have developed a synergetic theory-experience approach combining Quantum chemistry and Spectroscopies laser. The theoretical challenge is double: i) identify in these complex systems, the critical motions responsible of the electronic relaxation and ii) treat in an accurate and balanced way the different excited states. This challenge is addressed thanks the implementation of an innovative computational multi-step and multi-level strategy. Understanding the fate of the energy absorbed is of fundamental importance and relevant to potential applications in many fields such as photochemistry, biology or material sciences.
Nous relatons ici une expérience qui s'est déroulée sur l'installation LULI-2000 pendant l'année 2014. L'interaction d'un faisceau laser de 30 à 400 J pendant 1.5 nanoseconde crée un plasma des matériaux sondés qui est analysé à environ 500 µm en avant du point d'impact. Une partie des diagnostiques sert à la caractérisation du plasma, interféromètre, sondes Thomson ionique et électronique, pyromètre optique résolu en temps, et par ailleurs un spectromètre X-dur pour les mesures d'émission spectrale. Les résultats de cette expérience sont confrontés aux simulations utilisant un code hydrodynamique et deux codes "atomiques".
Les mélanines sont une large classe de biopolymères responsables de la pigmentation chez l’homme. Les mélanines les plus courantes sont l'eumélanine et la phéomélanine, toutes les deux censées protéger les cellules de la peau à l'irradiation UVB, réduisant ainsi le risque de cancer de la peau.
Afin d'obtenir une meilleure compréhension des processus photo-induits impliqués, nous avons entrepris, en collaboration avec une équipe suédoise, une étude par spectroscopie de fluorescence femtoseconde des constituants de l'eumélanine en solution. Ce sont des oligomères de différentes tailles (dimères, trimères, …) formées par la molécule 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid (DHICA). Ces expériences ont mis en évidence un mécanisme très complexe impliquant divers processus de transfert de proton intra- et inter-moléculaires.
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Dans un système hôte-invité, un petit ensemble ‑ l'invité ‑ interagit avec un grand ensemble ‑ l'hôte ‑ qui joue souvent un rôle de thermostat. Suite à l'excitation de l'invité, la relaxation de l'énergie suit diverses voies à déterminer et c'est une question importante qui se rencontre en photophysique, photochimie, photobiologie ou encore en physique de la matière condensée. Les processus associés sont responsables de phénomènes aussi importants et divers que les photo-dommages en biologie, la conversion de l'énergie lumineuse (photosynthèse et cellules photovoltaïques) ou la dégradation de l'information quantique (décohérence) du fait du couplage avec l'environnement. Le système hôte possédant un très grand nombre de degrés de liberté électroniques et géométriques, aucune approche théorique ne permet de saisir toute la complexité du phénomène de relaxation et de nouvelles méthodes génériques doivent être établies. En physico-chimie l'équipe Dynamique Réactionnelle du LIDyL en collaboration avec le LCPQ de l'IRSAMC, a étudié expérimentalement et modélisé le système hôte-invité bien défini constitué d'un agrégat libre inerte hébergeant un atome ou une molécule. Un tel système présente le grand intérêt de pouvoir être étudié sur toutes les gammes de complexité géométrique et électronique selon que l'on joue avec la taille de l'agrégat hôte ou l'excitation électronique de l'atome hébergé, permettant ainsi de valider l'effort de modélisation. |
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Deux équipes du CEA LIDYL et du Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) ont réussi à mettre en évidence pour la première fois l'accélération d'électrons "dans le vide", par un faisceau laser intense. Cette observation montre qu'il est possible de profiter des très fortes amplitudes de champ électrique des impulsions de lumière laser femtoseconde, que l'on sait aujourd'hui produire, pour accélérer des particules à haute énergie sur de faibles distances. En concentrant la lumière sur des durées femtosecondes (10-15 s), les impulsions laser peuvent atteindre des puissances lumineuses instantanées considérables (~ 1 PW, soit 1015 W) et donc des amplitudes extrêmement élevées du champ électrique associé (~ TéraV/m, soit 1013 V/m). Comme les vagues en haute mer ne peuvent faire avancer les navires, ce champ, par nature oscillant, ne peut accélérer à de très hautes énergies des particules chargées. Mais comme le surfeur qui va chercher la vague et en avançant avec elle peut continûment profiter de sa pente, l'injection d'électrons relativistes (avec une vitesse très proche de celle de la lumière) dans le faisceau laser peut théoriquement permettre l'accélération recherchée, en profitant pleinement des champs électriques gigantesques associés aux impulsions laser ultracourtes. De nombreuses équipes de par le monde ont essayé de mettre en évidence ce phénomène, sans pouvoir en apporter la preuve définitive. Cette accélération "dans le vide" de particules chargées par un champ laser intense vient d'être expérimentalement démontrée par une collaboration entre une équipe de l’IRAMIS et le Laboratoire d’Optique Appliquée (ENSTA-X-CNRS) à Palaiseau. L'interaction de l'impulsion laser avec une cible solide (miroir plasma) permet d'obtenir l'injection idéale d'électrons qui, surfant sur l'impulsion laser, atteignent des énergies de l'ordre de 10 MeV sur une distance de 80 µm. Cette première ouvre ainsi la perspective d’utiliser des faisceaux laser intenses pour réaliser des accélérateurs compacts d'électrons de très haute énergie. |
