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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

The stability and conformational dynamics of biomolecules are strongly influenced by the dynamics of hydrogen bonds and by hydrogen transfer processes which occur through these bonds. Not surprisingly, a large activity develops since many years to understand which molecular deformations play a role when a hydrogen atom is transferred through a hydrogen bond. The acetylacetone molecule (noted AcAc in the figure) is often used to approach this question from a fundamental point of view.

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.

Visualizing the motion of electrons in matter requires both a spatial resolution at the Angstrom scale and a temporal resolution at the attosecond scale (1 as = 10-18 s). Such an "ultra-fast camera" opening a path towards "viewing the electrons" is demonstrated: it allows imaging molecular orbitals using the ultra-short attosecond emission from this orbital in an intense laser field.

In photography, the scattered light from an illuminated object is recorded with a detector and one get an image of it. If the image is formed with an objective, the optics imposes many limitations (resolution, aberrations ...). To achieve the ultimate resolution, spatially (function of the wavelength of the radiation used) and temporally (function of the "flash" duration), one possible technique (without any optics) is the coherent diffraction.

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.