L’intrication quantique permet de recueillir davantage d'informations que ce que les approches classiques peuvent offrir. Ce phénomène a servi de concept central derrière le développement fulgurant de la science et de la technologie de l'information quantique au cours de la dernière décennie.

La possibilité de produire des flashs de lumière de durée attoseconde offre l'outil nécessaire pour suivre la dynamique des électrons dans les atomes, les molécules ou la matière condensée, ce qui permet de mieux comprendre l'organisation et l'évolution de tout ce qui nous entoure.

Pierre Agostini est un physicien français pionnier de la physique ultrarapide à l’échelle de l’attoseconde (le milliardième de milliardième de seconde), actuellement Professeur émérite à l’Université d’état de l’Ohio.

Anne L’Huillier est une physicienne franco-suédoise pionnière de la physique ultrarapide à l’échelle de l’attoseconde (le milliardième de milliardième de seconde).

L'électron est porteur de la charge électrique élémentaire et d'un spin. Avec l'avènement de la spintronique (ou électronique de spin), ou encore le fait que le spin peut être le support de l'information quantique (qubit), les recherches se poursuivent pour mieux comprendre et maitriser la dynamique du spin de l'électron.

Depuis les débuts de la science ultrarapide, le Laboratoire Interactions DYnamiques et Lasers (LIDYL) développe des sources lasers pulsées toujours plus performantes, afin d’explorer la matière diluée et condensée à des échelles de temps toujours plus fines, atteignant le domaine attoseconde (1 as=10-18 s).

La génération d’harmoniques d’ordre élevé (n > 10) dans un solide est un processus extrêmement non-linéaire, qui peut être observé lorsqu’un cristal interagit avec un champ laser intense. Elle se traduit par l’émission d’un rayonnement composé de tout un ensemble d'harmoniques de la fréquence du laser excitateur.

La spectroscopie utilise largement les effets de polarisation de la lumière pour explorer la structure électronique d'atomes, molécules ou de solides. En particulier une polarisation circulaire indique que la lumière porte un moment angulaire de spin (MAS) non nul, permettant les spectroscopies de dichroïsme circulaire.

En utilisant les impulsions lumineuses ultracourtes du laser à électrons libres FERMI à Trieste (Italie), une large collaboration de physiciens à laquelle participe une équipe du LIDYL, a pu étudier pour la première fois dans le domaine de l'ultraviolet extrême (UVX), l’interaction cohérente entre atomes et photons, phénomène quantique prédit théoriquement par Rabi, dès 1937.

Douzième laboratoire commun de l'IRAMIS, créé en janvier 2020, le laboratoire commun NANOLITE, financé par l'Agence nationale de la recherche (ANR) et associant le CEA et l'entreprise Imagine Optic, développe des solutions originales de métrologie optique aux courtes longueurs d'onde. La nouvelle source laser construite en commun est opérationnelle, notamment pour développer des capteurs optiques.

Le LIDYL du CEA-Iramis et le Lawrence Berkeley National Lab, sont finalistes pour le prix Gordon Bell, prix décerné chaque année par l'Association for Computing Machinery - ACM, pour leurs recherches collaboratives, en partenariat avec le grand équipement national de calcul intensif - GENCI, le RIKEN, Center for Computational Science (Japon), et les sociétés ATOS et Arm.

En 1905, l’interprétation théorique de l’effet photoélectrique (émission d’un électron suite à l’absorption d’un quantum de lumière, le photon) proposée par Einstein allait révolutionner la physique. Du fait de son extrême rapidité, ce processus fondamental a longtemps été considéré comme instantané.

Les nanostructures magnétiques sont essentielles pour le stockage de données (MRAM, disque dur de haute densité) ou encore au sein de capteurs et actionneurs magnétiques.

L'exploration des propriétés du vide, aujourd'hui décrites par l’électrodynamique quantique (QED), reste un des objectifs de la physique fondamentale contemporaine. Il est en particulier prédit que pour un éclairement laser au-delà de la limite de Schwinger (> 4.7x1029 W/cm2), il est possible de séparer les paires électron-trou virtuelles résultant des fluctuations du vide.

Depuis des siècles, les physiciens s’interrogent sur la nature du vide, c’est à dire sur ce qu’il reste, quand on a tout enlevé…Une manière d’envisager ce problème est de tenter d'ouvrir le vide, un peu comme un objet dont on a envie de comprendre le fonctionnement.

Ce qui distingue les faisceaux laser de la lumière ordinaire est leur grande cohérence spatiale. Cette caractéristique a des impacts majeurs sur de multiples méthodes de mesure, en physique atomique fondamentale, métrologie ou microscopie. Cependant, les sources laser pulsées utilisées peuvent présenter des fluctuations tir à tir importantes, qui entraînent erreurs statistiques et pertes d’information.

Les propriétés chimiques, optiques et électroniques d’une molécule sont principalement déterminées par ses orbitales occupées de plus haute énergie. La manière dont ces orbitales évoluent, se forment ou se brisent, est une information essentielle pour la compréhension de mécanismes réactionnels.

L'observation de la dynamique électronique à l’échelle attoseconde (1 as = 10-18 s) est aujourd'hui devenue possible sur des systèmes atomiques, puis moléculaires et en phase condensée, grâce à la disponibilité d’impulsions lumineuses de durées inférieures à la femtoseconde et utilisées dans des dispositifs pompe-sonde.

Les chercheurs d'une collaboration entre le Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA, ENSTA-X-CNRS) à Palaiseau et l'équipe "Physique à haute intensité" de l'IRAMIS/LIDYL sont parvenus pour la première fois à accélérer des électrons par laser dans le vide (Vacuum Laser Acceleration - VLA) jusqu'à des énergies relativistes en utilisant un champ électrique longitudinal.

En spectroscopie moléculaire UV, les spectres observés résultent de l’absorption de la lumière par des groupes moléculaires appelés "chromophores". Dans ce domaine de longueur d'onde, ces spectres sont composés de raies correspondant aux transitions électroniques qui caractérisent à la fois ces chromophores et leur environnement moléculaire.

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.

Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine.

Dans les cellules photovoltaïques, l'absorption d'un photon par un matériau semi-conducteur crée une paire électron-trou (appelée exciton), résultant de l’excitation d’un électron de la bande de valence vers la bande de conduction.

Une collaboration entre les équipes du LIDYL au CEA Saclay et de l'ATP du Lawrence Berkeley National Lab (LBNL) vient d'élucider les mécanismes d’absorption d’un faisceau laser ultra-intense, lors de sa réflexion sur un plasma dense formé à la surface d’une cible solide. Ces mécanismes, jusqu’alors non identifiés pour des intensités lasers > 1018 W.

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.

Les lasers à impulsions ultra-brèves sont au cœur de la recherche sur l'interaction rayonnement-matière avec de nombreuses applications dans des domaines très variés : femto-chimie, photovoltaïque… Certains de ces lasers nécessitent des développements complexes pour que les impulsions produites répondent par leurs caractéristiques (énergie délivrée, longueur d'onde, forme et stabilité de l'impulsion…) à des besoins spécifiques.

De multiples recherches sont aujourd'hui orientées vers le développement de nouveaux colorants comme milieu actif de cellules solaires. Une famille de molécules, dites "push-pull", se révèle particulièrement intéressante car ces molécules associent un groupement donneur et un groupement accepteur d'électron.

Fort de l'expérience développées ces dernières années en simulation de la tranmission d'impulsions lumineuses ultra-courtes à travers des systèmes optiques simples ou relativement complexes, l'équipe PHI du Lidyl propose une méthode pour modifier à volonté et de façon conséquente la vitesse de propagation du maximum d'intensité d'une impulsion lumineuse, cette vitesse pouvant même devenir négative ! Le dispositif proposé est simple et consiste à jouer sur le large domaine spectral que présente une impulsion courte (femtoseconde : 10-15 s) et le chromatisme du dispositif.

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.

Les télomères*, régions de l’ADN situées sur les extrémités des chromosomes, jouent un rôle important dans la division cellulaire, la cancérogénèse et le vieillissement.