Domaine, spécialité : PHYSIQUE
Mots-Clés :
Optique ultra-rapide, science attoseconde, physique quantique
Unité d’accueil : LIDYL / ATTO
Résumé
L’objectif de ce stage est de combiner la tomographie de l’état quantique en photoémission à l’échelle attoseconde avec la spectroscopie résolue en angle. En permettant de caractériser la cohérence du photoélectron dans le temps et dans l’espace, ces mesures visent à répondre à des questions scientifiques fondamentales: dans quelle mesure pouvons-nous caractériser l’état quantique de l’électron émis? Comment ses propriétés de cohérence quantique et d’intrication évoluent-elles au cours du processus de photoémission?
Sujet détaillé
Les impulsions attosecondes (1 as = 10⁻¹⁸ s) permettent d’étudier les mouvements des électrons à des échelles de temps extrêmement courtes. Grâce à ces impulsions, les scientifiques peuvent suivre la dynamique de la photoémission, le processus par lequel un électron est éjecté d’un atome sous l’effet de la lumière [1]. Mais comment caractériser l’état quantique de cet électron? Et est-ce-qu’on peut aller plus loin et comprendre comment la cohérence quantique et l’intrication évoluent au cours de ce processus?
Traditionnellement, l’interprétation des expériences attosecondes repose sur une description du photoélectron comme un état quantique pur, dans lequel les relations de phase entre ses différentes composantes sont bien définies. Toutefois, pendant la photoémission l’électron peut s’intriquer avec d’autres éléments, comme l’ion laissé derrière lui. Cette intrication peut modifier la cohérence quantique du photoélectron et rend nécessaires de nouvelles méthodes de caractériseration. Deux techniques de tomographie quantique ont récemment été développées pour reconstruire l’état quantique des ces photoélectrons et étudier les effets de l’intrication [2,3].
Cependant, ces méthodes ont été mises en œuvre à partir de mesures qui ne distinguent pas les différentes directions d’émission des électrons. Pourtant, cette information angulaire pourrait révéler des aspects importants de leur état quantique. L’objectif de ce stage sera donc de développer les outils expérimentaux permettant de reconstruire l’état quantique des photoélectrons en tenant compte de leur direction d’émission. Pour cela, l’étudiant-e travaillera avec un spectromètre d’imagerie par cartographie de vitesse, qui permet de mesurer simultanément la distribution angulaire et l’énergie des électrons émis [4].
Le stage sera organisé en deux étapes. Dans un premier temps, l’étudiant(e) contribuera à la mise en service et à la caractérisation du spectromètre d’imagerie par cartographie de vitesse pour préparer les expérience de spectroscopie attoseconde. Dans un second temps, l’étudiant(e) participera à des measures sur des atomes en phase gazeuse, avec pour objectif de reconstruire l’état quantique des photoélectrons en tenant compte de leur direction d’émission et étudier la dynamique d’intrication en temps à l’échelle attoseconde.
Le stage sera réalisé sur la ligne de lumière Astérix de la plateforme laser ATTOLab du CEA Paris-Saclay, récemment équipée d’un nouveau laser Ytterbium de haute cadence. Au cours du stage, l’étudiant-e se formera à la physique attoseconde, à l’optique ultrarapide et à la physique atomique et moléculaire. Il/elle acquerra également une expérience expérimentale concrète des systèmes sous vide et de la détection de particules chargées.
Ce stage offre l’opportunité de contribuer à un projet de recherche à l’interface entre physique attoseconde et physique quantique, dans un environnement expérimental de pointe. Une poursuite du projet en doctorat est possible, afin d’approfondir le développement de ces méthodes et leur application à l’étude de la dynamique quantique des électrons.
[1] A. Autuori, et al., Science Advances 8, eabl7594 (2022)
[2] C. Bourassin-Bouchet, et al., Phys. Rev. X 10, 031048 (2020)
[3] H. Laurell, et al., Nature Photonics 19, 352–357 (2025)
[4] M. J. J. Vrakking, Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (7), 2775–2789 (2014)
Lieu du stage
France
Conditions de stage
- Durée du stage : 6 mois
- Niveau d’étude requis : Bac+5
- Formation : Master 2
- Poursuite possible en thèse : Oui
- Date limite de candidature : 26 octobre 2026
Compétences requises
Langue : Anglais
Liens utiles
Site web du laboratoire : https://iramis.cea.fr/lidyl/