Domaine, spécialité : Interaction laser-matière
Mots-Clés : Physique Attoseconde, Optique Non linéaire, Interaction lumière matière.
Unité d’accueil : LIDYL / ATTO
Résumé
L’interaction lumière matière permet de révéler les propriétés de symétrie de la lumière. Un cas particulièrement important est celui des molécules chirales, qui existent sous deux formes images l’une de l’autre dans un miroir mais non superposables. La lumière polarisée circulairement, gauche ou droite, c’est-à-dire portant un moment angulaire de spin, permet de les distinguer. Cependant l’interaction associée à ce dichroïsme circulaire naturel est souvent très faible, et difficile à mettre en évidence. Récemment, en introduisant le deuxième moment angulaire intrinsèque de la lumière, le moment angulaire orbital, une interaction beaucoup plus forte, en régime extrêmement non linéaire, a été prédite. Cette configuration de champ lumineux structuré, présentant une chiralité locale, sera mise en place à partir d’un faisceau laser femtoseconde intense. Elle servira à générer des impulsions attoseconde en régime extrêmement non linéaire dans des molécules chirales sélectionnées.
Sujet détaillé
Les progrès de l’optique ultra-rapide et la maîtrise d’interactions lumière-matière fortement non linéaires permettent aujourd’hui de générer des impulsions attosecondes (1 as = 10⁻¹⁸ s) grâce à la Génération d’Harmoniques d’Ordre Élevé (GHOE ou HHG), où une impulsion laser femtoseconde est convertie en rayonnement cohérent XUV (10–150 eV) [MdF+03]. Ces sources offrent deux atouts majeurs : elles donnent accès aux dynamiques électroniques sub-femtosecondes et permettent de sonder des transitions élément-spécifiques autrefois réservées aux grands instruments comme les synchrotrons. Elles ouvrent ainsi la voie à l’étude de phénomènes tels que les retards de photoionisation [GBJG+16] ou la désaimantation ultrarapide [FPP+22, FPS+25].
Par ailleurs, les développements récents des faisceaux structurés, et en particulier, l’intérêt grandissant porté aux champs longitudinaux associés aux faisceaux fortement focalisés, ouvre un nouveau domaine de l’optique. Les notions de polarisation (Moment angulaire de Spin, MAS) ou de moment angulaire orbital (MAO), définis comme des valeurs moyennes d’observables macroscopiques ne sont plus pertinentes. Il faut au contraire considérer un champ tridimensionnel, inhomogène spatialement, évoluant dans le temps. Le champ peut alors présenter une chiralité locale, qui varie éventuellement dans le temps à l’échelle du cycle optique. Des prédictions théoriques montrent qu’en optique extrêmement non linéaire, comme par exemple la génération d’harmonique d’ordre élevés, des signatures de la symétrie chirale d’un échantillon devraient se manifester lorsque des harmoniques générées par un tel champ sont analysées. Un ingrédient essentiel à la synthèse de ces champs est la superposition de plusieurs faisceaux élémentaires harmoniques (ω et 2ω en général), portant des MAO et MAS adaptés. Les prévisions théoriques laissent entrevoir des perspectives d’applications innombrables, le nombre de degrés de liberté sur les champs passant d’un degré unique (la longueur d’onde), à de multiples paramètres. D’autre part le signal est attendu relativement intense, puisqu’obtenu dans l’approximation dipolaire électrique.
Le groupe Attophysique du LIDYL, pionnier en génération, caractérisation et utilisation d’impulsions attosecondes [MdF+03, KZR+13, BBBG+22], a récemment développé des sources pilotées par des faisceaux portant un moment angulaire de spin (MAS) [FHD+15] ou orbital (MAO) [GCA+16, GRA+17, CBA+19]. Les premières sont adaptées aux systèmes moléculaires ou magnétiques homogènes, les secondes aux structures chirales mésoscopiques. L’usage combiné du MAS et du MAO a permis de mettre en évidence le rôle du moment angulaire généralisé de la lumière en optique non linéaire [LVG+23].
Ce stage exploitera ces avancées pour synthétiser des faisceaux à chiralité spatiale et temporelle variable, en tirant parti notamment de la composante longitudinale du champ. Ces travaux serviront de support à de nouvelles expériences en physique attoseconde, à la fois fondamentales et appliquées qui seront menées au cours d’une thèse éventuelle.
Bibliographie :
- [BBBG+22] Bourassin-Bouchet, C. et al., 2022. Physical Review X, 10(3). http://¬dx.doi.org/-10.1103/¬physrevx.10.031048
- [CBA+19] Chappuis, C. et al., 2019. Physical Review A, 99(3). http://¬dx.doi.org/¬10.1103/-physreva.99.033806
- [CMH+11] Caillat, J. et al., 2011. Phys. Rev. Lett., 106, 093002. http://¬dx.doi.org/¬10.1103/-PhysRevLett.106.093002
- [FBV+21] Fanciulli, M. et al., 2021. Physical Review A, 103(1). http://¬dx.doi.org/¬10.1103/-physreva.103.013501
- [FHD+15] Ferré, A. et al., 2015. Nature Photonics, 9, 93. http://¬dx.doi.org/¬10.1038/-nphoton.2014.314
- [FPP+22] Fanciulli, M. et al., 2022. Physical Review Letters, 128(7), 077401. http://¬dx.doi.org/-10.1103/¬physrevlett.128.077401
- [FPS+25] Fanciulli, M. et al., 2025. Physical Review Letters, 134(15), 156701. http://¬dx.doi.org/-10.1103/¬physrevlett.134.156701
- [GBJG+16] Gruson, V. et al., 2016. Science, 354(6313), 734. http://¬dx.doi.org/¬10.1126/-science.aah5188
- [GCA+16] Géneaux, R. et al., 2016. Nature Communications, 7, 12583. http://¬dx.doi.org/-10.1038/¬ncomms12583
- [GRA+17] Gauthier, D. et al., 2017. Nature Communications, 8, 14971. http://¬dx.doi.org/-10.1038/¬ncomms14971
- [HCB+10] Haessler, S. et al., 2010. Nature Physics, 6(3), 200. http://¬dx.doi.org/¬10.1038/-NPHYS1511
- [HFH+09] Haessler, S. et al., 2009. Phys. Rev. A, 80(1), 011404. http://¬dx.doi.org/¬10.1103/-PhysRevA.80.011404
- [KZR+13] Kim, K.T. et al., 2013. Nature Photonics, 7, 651. http://¬dx.doi.org/¬10.1038/-nphoton.2013.170
- [LFC+25] Luttmann, M. et al., 2025. Optical spin-orbit interaction induced by magnetic textures. http://¬dx.doi.org/¬10.48550/¬arxiv.2506.15232
- [LVG+23] Luttmann, M. et al., 2023. Science Advances, 9(12). http://¬dx.doi.org/¬10.1126/-sciadv.adf3486
- [MdF+03] Mairesse, Y. et al., 2003. Science, 302(5650), 1540. http://¬dx.doi.org/¬10.1126/-science.1090277
- [VLG+23] Vimal, M. et al., 2023. Physical Review Letters, 131(20), 203402. http://¬dx.doi.org/-10.1103/¬physrevlett.131.203402
Lieu du stage
CEA Saclay, Site de l’Orme des merisiers (91) Essonne, France
Conditions de stage
- Durée du stage : 4 mois
- Niveau d’étude requis : Bac+4/5
- Formation : Master 2
- Poursuite possible en thèse : Oui
- Date limite de candidature : 1 février 2026
Compétences requises
Langue : Anglais
Méthodes, techniques :
Au cours de ce stage, la personne recrutée mettra en place, sur un laser femtoseconde intense, un dispositif interférométrique pour étudier, lors de la génération d’impulsions attosecondes, le rôle du couplage entre moment angulaires orbitaux et de spin de la lumière. Ce stage d’expérimentation met en jeu des concepts d’optique non linéaire, d’optique quantique et d’interaction laser matière.
Le ou la stagiaire acquerra une pratique de l’optique des lasers femtoseconde intenses. Il ou elle étudiera également les processus de physique des champs forts sur lesquels se basent la génération d’harmonique d’ordre élevé. Finalement des développements théoriques pourront également être inclus selon les goûts du ou de la candidat(e). La poursuite en thèse est possible après un M2.
Compétences requises
Des compétences en optique, physique atomique et moléculaires seront appréciées.
Langages informatiques et logiciels :
L’ensemble des travaux sera piloté et analysé par des codes Python, en particulier PyMoDaq.
Liens utiles
- Site web du laboratoire : https://iramis.cea.fr/lidyl/atto/
- page web du responsable de stage : Thierry Ruchon
- Lien : https://iramis.cea.fr/lidyl/atto/lumiere-xuv-attoseconde-structuree/
Responsable du stage
Thierry RUCHON
Tél. : +33 1 69 08 70 10
Email :
Responsable LIDYL / ATTO
Pascal Salieres
Tél. : 0169087010