Introduction
Le but de notre recherche est d’étudier les principes fondamentaux régissant les comportements moléculaires dans les milieux complexes pour in fine pouvoir les contrôler.
Alors que les dynamiques des mouvements nucléaires peuvent être étudiées via des spectroscopies femto- ou bien pico-seconde (10-12 – 10-15 s) utilisées depuis plusieurs décennies, l’étude des mouvements électroniques à l’échelle de temps attoseconde (10-18 s) ne fait que débuter. Pour cela, nous utilisons les impulsions laser les plus brèves qui révèlent les phénomènes les plus rapides jamais mesurés par l’homme.
Dans notre laboratoire, nous utilisons deux types de spectroscopies attoseconde pour étudier deux aspects des dynamiques de l’eau liquide et des molécules solvatées.
Spectroscopie de photoionisation attoseconde en phase liquide
Lorsqu’un paquet d’ondes électroniques se propage dans un potentiel, il est accéléré ou bien ralenti suivant la nature des interactions qu’il subit, par rapport à un paquet d’ondes libres.
La mesure de ce retard est une sonde unique du potentiel de diffusion.
Dans les molécules isolées, nous utilisons cet observable pour sonder le potentiel d’où l’électron « nait ». En phase liquide, cette diffusion peut avoir lieu une fois l’électron libéré.
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Nous visons donc à étudier les diffusions fines des électrons à différentes énergies cinétiques en utilisant un protocole « RABBIT » développé au laboratoire et jusqu’ici utilisé principalement sur des systèmes isolés.
La diffusion électronique dans l’eau est un processus fondamental clef dans de nombreux domaines allant de la chimie quantique (pour l’évaluation des modèles théoriques) à la radiothérapie (pour la production de radicaux cytotoxiques).
Techniques expérimentales : laser ultrarapide, détection de particule chargé, analyses complexes de données.
Spectroscopie d’absorption transitoire attoseconde en phase liquide
La spectroscopie de photoémission utilisée dans les mesures RABBIT (cf. ci-dessus et phase gazeuse) nous renseigne sur la dynamique de l’électron émis par le système excité. Pour suivre la dynamique électronique du point de vue du système excité, nous développons un nouvel instrument de spectroscopie d’absorption transitoire attoseconde.
Dans ces expériences, une impulsion attoseconde isolée vient exciter notre échantillon de manière résonnante. En venant manipuler la réponse du système grâce à une seconde impulsion de quelques femtosecondes, nous pouvons remonter aux dynamiques des états excités et manipuler la réponse fréquentielle.
Grâce à cet outil et à son application en phase liquide, nous cherchons à étudier les dynamiques de transfert de charge soluté/solvant se déroulant en seulement quelques femtosecondes.
En particulier, nous cherchons à manipuler les molécules pour modifier (et améliorer) leur réponse spectrale. Pour cela nous faisons appel à des protocoles d’optique non-linéaire, tel que le mélange d’ondes, pour étudier des systèmes chiraux ou non.
Avancement
La construction de cette expérience nécessite de mener à bien plusieurs étapes allant de la post-compression d’un laser stable en phase CEP à la création de feuilles d’eau nanométriques stables sous vide.
Nous avons d’ores et déjà démontré la post-compression de notre laser de 350 à 8 fs en deux étapes, l’une en cellule d’Herriott et l’autre en fibre creuse (Collaboration avec le groupe SLIC).
En parallèle
Nous travaillons également à la synthèse de feuilles d’eau d’épaisseur nanométrique permettant la transmission de l’impulsion XUV attoseconde et compatible avec des échantillons bio-pertinents.
Techniques expérimentales : Optique ultrarapide, microfluidique, technologie de vide
Projet associé : ERC Starting Grant SATTOC