Dynamique et Interactions en phase Condensée

Responsable : Gérard BALDACCHINO

Le groupe Dynamique et Interactions en phase COndensée (DICO) rassemble les chercheurs du LIDYL et du LPMS qui étudient les réponses de la matière sous forme solide ou liquide lorsqu'elle est soumise à une excitation lumineuse, et plus généralement à un rayonnement ionisant. Nous nous intéressons à des échelles temporelles ultrabrèves, allant du cycle optique (attoseconde - 10-18s) aux échelles typiques de la chimie radicalaire (μm-ms).

Nous utilisons de nombreuses techniques spectroscopiques, la plupart reposant sur l'utilisation de sources lasers disponibles au LIDYL (telles que Attolab, UHI100 et Nanolight), mais aussi d'autres faisceaux par collaboration, en dehors du laboratoire. 

Nos thèmes de recherches sont riches et décrits ci-dessous.

 

Dynamique électronique dans les diélectriques

Nous étudions les processus d’excitation et de relaxation électronique dans les diélectriques excités par une impulsion laser ultra-courte et intense. Nos techniques d'analyse sont principalement la réflectivité et absorption transitoire dans l'ultraviolet, le visible et l'infrarouge.

 

Spectroscopie attoseconde des matériaux

Nous utilisons la spectroscopie attoseconde pour observer la dynamique photo-induite dans les solides à des échelles de temps encore inexplorées. Nos sujets principaux sont (i) l'étude de dynamiques électroniques dans des matériaux fortement corrélés, qui peuvent présenter des transitions de phases quasi-instantanées; (ii) l'exploration de de couplages directs entre le champ électrique et le spin des électrons, permettant une manipulation ultrarapide de propriétés telles que la magnétisation ou la topologie.

 

Molécules biologiques sous excitation UV-visible

Nous nous intéressons aux premiers évènements ayant lieu dans les hélices d’ADN, entre l’instant d’absorption d’un photon et les réactions photochimiques. Nous étudions des états excités de Franck-Condon, la redistribution de l’énergie d’excitation entre divers états excités, l’ionisation à un photon ainsi que les propriétés des radicaux générés.

 

Physique des surfaces par photoémission résolue en angle et en spin

Nous réalisons des expériences visant à comprendre les phénomènes élémentaires en surface et aux interfaces. Le but est d’explorer comment la structure électronique détermine les propriétés des matériaux. Notre outil d’analyse principal est la photoémission résolue en angle, temps, et spin, qui est l’une des techniques les plus puissante pour analyser la structure électronique et magnétique des matériaux.

 

Dynamique réactionnelle dans les structures de traces de particules ionisantes - effet de débits de dose extrêmes

Nous nous intéressons à la chimie radicalaire dans l’eau, le solvant le plus rependu sur Terre et aussi celui du vivant. Cette chimie très hétérogène spatialement est produite par des rayonnement ionisants comme des électrons, des protons ou des ions lourds accélérés et s’étend de 10-16 s à 1 µs. Nous nous focalisons sur les phénomènes se produisant avec des densités fortes d’ionisation que l’on rencontre par exemple dans les pics de Bragg (fins de trace), ou encore avec des débits de dose extrêmes.

 

Génération d’harmoniques dans les solides

La génération d’harmoniques d’ordre élevé est un processus ultra nonlinéaire qui se produit lorsqu’un cristal interagit avec un champ laser très intense, et qui consiste en l’émission d’impulsions ultrabrèves (femtosecondes à attosecondes) de courtes longueurs d’onde (jusqu’à 50 nm). Du point de vue fondamental, la caractérisation du rayonnement permet de remonter aux propriétés intrinsèques du matériau ainsi qu’aux dynamiques électroniques lors de l’interaction. D’un point de vue plus appliqué, nous l’utilisons pour développer de nouvelles sources de rayonnement mis en forme spatio-temporellement pour les applications.

 

Génération de rayonnement XUV pour la métrologie

Nous utilisons le rayonnement laser cohérent de courte longueur d’onde pour développer de nouvelles techniques de microscopie. En outre, cette ligne de lumière est au cœur d’un laboratoire commun avec la PME Imagine Optic pour le développement de nouvelle technique de métrologie mettant à profit ces meilleures résolutions.

 

 
#575 - Màj : 20/12/2022
Thèmes de recherche

Spectroscopies laser pour les applications / Laser spectroscopy for applications

La matière sous toutes ses formes est quantifiée. Atomes, molécules des molécules simples aux macromolécules biologiques, présentent des spectres lumineux caractéristiques, en absorption ou en émission, que l'on peut identifier par spectroscopie. Les sources lasers et plus particulièrement les sources impulsionnelles permettent aujourd'hui de nouveaux développements de tous les types de spectroscopies.

 Spectroscopies laser pour les applications / Laser spectroscopy for applications
Interaction lumière-matière

Interaction lumière-matière

La lumière, onde électromagnétique, porteuse d'un champ électrique et magnétique oscillant interagit fortement avec les particules chargées et principalement avec les électrons des atomes, des molécules ou de la matière condensée sous toutes ses formes. Elle intervient ainsi directement dans de nombreux processus physiques et chimiques.

Interaction laser-matière en champ fort

 La thématique "Interaction laser-matière en champ fort" associe trois groupes de recherche du LIDyL : Attophysique Le groupe ATTO étudie la production par génération d'harmoniques d'ordre élevé dans un gaz d'impulsions de lumière dans l'extrême UV (10-100nm), de durée ultra-brève, typiquement une centaine d'attosecondes (1as=10-18s).......

 Interaction laser-matière en champ fort
Physico-Chimie  et Chimie-Physique

Physico-Chimie et Chimie-Physique

Une réaction chimique dépend non seulement des atomes et des molécules mises en jeu mais aussi de leur environnement à courte distance. Comprendre le déroulement d'une réaction chimique demande ainsi une approche fondamentale prenant en compte à la fois ses aspects temporels et spatiaux.

Domaines Techniques
The specificity of the group is the use of high-performing time-resolved spectroscopy. DNA and its constituents are fragile systems so particular care is taken with regards to excitation energy and sample handling. Time-resolved fluorescence (fluorescence decays, fluorescence anisotropy decays and time-resolved fluorescence spectra) can be recorded from 100 fs to 100 ns using a combination of two detection techniques; fluorescence upconversion and time-correlated single photon counting.
Dynamique des molécules biologiques  / Time-resolved techniques for dynamic studies of biological molecules
Voir aussi
Faits marquants scientifiques
11 juillet 2023
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).
19 février 2020
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.
31 juillet 2018
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.
18 janvier 2018
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.
03 février 2016
La recherche de biomarqueurs volatils en vue d’un diagnostic non-invasif de pathologies telles que le cancer ou de maladies infectieuses comme la tuberculose, est un enjeu médical majeur.
23 janvier 2016
L'ADN de nos cellules est naturellement soumis à divers types de rayonnements. Parmi les plus énergétiques du spectre solaire, les ultra-violets sont susceptibles de provoquer de graves endommagements, et les mécanismes associés méritent d'être détaillés.
02 mars 2015
Les mélanines sont une large classe de biopolymères responsables de la pigmentation chez l’homme. Les mélanines les plus courantes sont l'eumélanine et la phéomélanine, toutes les deux censées protéger les cellules de la peau à l'irradiation UVB, réduisant ainsi le risque de cancer de la peau.
26 novembre 2014
Relier la structure spatio-temporelle des traces d’ionisation des ions lourds de hautes énergies dans l’eau liquide, et les rendements de chaque espèce chimique créée représente un enjeu pour la modélisation des effets des rayonnements de transfert d’énergie linéique (TEL) élevé, notamment dans le contexte nucléaire mais aussi en hadronthérapie.
26 mars 2014
Les mouvements du groupement carbonyle du chromophore de la Photoactive Yellow Protein (PYP) ont été suivis pour la première fois par spectroscopie de dichroïsme circulaire (CD) femtoseconde, dans la gamme spectrale du proche ultraviolet. L’analyse quantitative des signaux CD montre qu’après l’absorption d’un photon, le groupement carbonyle du chromophore de PYP effectue un mouvement de rotation unidirectionnel ultra-rapide (<<0.
29 novembre 2013
Le transport et la distribution de médicaments dans l’organisme sont des mécanismes complexes régis par de nombreux processus différents. Un rôle important est joué par les protéines de transport, responsables de la fixation et la libération des médicaments.
25 mars 2011
Les irradiations aux rayons ultra-violets A (UVA) sont connues pour être à l'origine de cancers de la peau. En considérant une molécule d'ADN modèle, les chercheurs du Laboratoire Francis Perrin (CNRS/CEA-IRAMIS, à Saclay) en collaboration avec un laboratoire du CEA-INAC, à Grenoble, ont exploré la façon dont les UVA agissent directement sur cette molécule complexe.
22 mai 2006
D. Markovitsi, T. Gustavsson, E. Lazzarotto, S. Marguet, D. Onidas, F. Talbot
Laboratoire Francis Perrin, CEA/ DSM/DRECAM/SPAM-CNRS URA 2453 F-91191 Gif-sur-Yvette, France Tous les médecins nous mettent en garde contre les expositions sans protection au soleil pouvant provoquer coups de soleil, mais aussi à long terme, cancers de la peau.
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Thèses
1 sujet /LIDYL/DICO

Dernière mise à jour :


 

Dynamique attoseconde d’électrons et de spin dans les matériaux magnétiques 2D et 3D

SL-DRF-24-0246

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Dynamique et Interactions en phase COndensée (DICO)

Saclay

Contact :

Romain GENEAUX

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024

Contact :

Romain GENEAUX
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/DICO

0169087886

Directeur de thèse :

Romain GENEAUX
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/DICO

0169087886

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/romain.geneaux/

Labo : https://iramis.cea.fr/LIDYL/DICO/

La science attoseconde s’intéresse aux dynamiques de la matière aux temps ultimes, grâce à des impulsions de lumière de durée attoseconde (10-18 s). Notre laboratoire a été un pionnier dans le développement et l’utilisation de ces impulsions pour l’étude de la matière. En particulier, nous opérons plusieurs plateformes dédiées à la spectroscopie attoseconde des solides.

Pendant ce projet de doctorat, nous développerons de nouvelles expériences attosecondes visant à élucider la dynamique d'un des degrés de liberté les plus importants et les plus intrigants des solides : les spins de leurs électrons. Cette quantité est responsable des propriétés magnétiques des matériaux, avec des applications allant des dispositifs de stockage de données aux composants spintroniques. En général, les dispositifs actuels utilisent des courants électriques pour transmettre et manipuler l'information.
Ici, nous visons à répondre à une question simple en apparence : pouvons-nous utiliser un champ laser, au lieu d'un courant, pour contrôler les spins électroniques d'un solide ’ Répondre à cette question nécessite tout d'abord des investigations intrinsèquement fondamentales, en plus d’avoir le potentiel concret d'opérations beaucoup plus rapides. En effet, la réponse des matériaux magnétiques aux fréquences optiques (à des temps inférieurs à 10 fs) est presque totalement inconnue à ce jour. Nous proposons de résoudre ce problème en effectuant des expériences qui combinent sensibilité aux spins et résolution attoseconde pour la première fois. En façonnant soigneusement des impulsions attosecondes et en utilisant des schémas de détection de pointe, nous viserons à établir une technique appelée dichroïsme magnétique attoseconde, qui révélera la réponse des spins des matériaux à l'échelle temporelle du champ électrique de la lumière. Nous nous concentrerons d'abord sur des systèmes ferromagnétiques et antiferromagnétiques tridimensionnels simples, avant de nous tourner vers leurs homologues bidimensionnels. En effet, dans les matériaux dits 2D, on peut s’attendre à des interactions lumière-spin magnifiées, voir fondamentalement nouvelles. En comprenant comment la lumière interagit avec les spins électroniques en 2D, nous fournirons des éléments essentiels à l’intégration des futurs composants spintroniques de basse dimensionnalité.

L'étudiant acquerra des connaissances pratiques en optique ultra-rapide expérimentale et en spectroscopie résolue dans le temps de la matière condensée, en particulier des matériaux magnétiques. Il/elle deviendra un expert en physique et technologie attoseconde, tout en acquérant des compétences précieuses en acquisition et analyse de données complexes.
Stages
Développements laser pour la physique attoseconde dans les cristaux semi-conducteurs.
Laser developments for attosecond physics in semiconducting crystals.

Spécialité

Interaction laser-matière

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

29/05/2024

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GAUTHIER David
+33 00 00 00 00 00

Résumé/Summary
L’objectif du stage est de modifier et d’optimiser les propriétés d’un laser femtoseconde afin d’étendre les capacités expérimentales du laboratoire sur l’étude des dynamiques attosecondes (1 attoseconde = 10^-18 seconde) lors de l’interaction laser-matière condensée, et notamment les mécanismes fondamentaux de la génération d’harmoniques d’ordre élevé dans les cristaux semi-conducteurs.
The objective of the internship is to modify and optimize the properties of a femtosecond laser in order to extend the laboratory's experimental capabilities on the study of attosecond (1 attosecond = 10^-18 second) dynamics during laser-matter interaction, and in particular the fundamental mechanisms of the generation of high order harmonics in semiconductor crystals.
Sujet détaillé/Full description
Lors de l’interaction entre des impulsions laser intenses et un cristal, l’excitation des électrons de valence vers les bandes de conduction et leur accélération par le champ laser conduit à l'émission de rayonnement jusqu'à la plage spectrale de l’extrême-UV. C’est la génération d'harmoniques d’ordre élevé dans les cristaux, une extension récente du mécanisme de génération d’harmoniques d’ordre élevé dans les gaz récompensé par le Prix Nobel de Physique 2023. L’analyse de l’émission du rayonnement harmonique sert d’outil pour étudier les mécanismes fondamentaux de l’interaction lumière-matière dans les milieux condensés.

Ce stage se déroulera sur l'installation NanoLight du CEA/LIDYL, équipée notamment d’un système laser par amplification paramétrique optique (OPCPA) intense, délivrant deux types d’impulsions laser de longueurs d’ondes centrales 1800 nanomètres (nm) et 2400 nm, et de durée entre 40 et 60 femtosecondes (fs). Le stage consistera à étendre les propriétés de cet OPCPA, et plus précisément à étudier et implémenter la génération d’impulsion dans l’infrarouge à 3600 nm de longueur d’onde centrale à partir du processus non-linéaire de mélange de fréquences des impulsions à 1800 et 2400 nm. La solution retenue est la génération par différence de fréquences entre le faisceau à 1800 nm et à 1200nm, ce dernier étant obtenu par doublage de la fréquence du faisceau à 2400nm. L’impulsion résultante à 3600 nm devra être ensuite caractérisée temporellement pour vérifier qu’elle conserve une durée temporelle inférieure à 100 fs.

En fonction de l’avancement et de la durée du stage, les développements laser ainsi réalisés seront utilisés par le candidat pour étudier la génération d’harmoniques d’ordre élevé. Il s’agit notamment d’utiliser les impulsions à 3600 nm pour étudier l’anisotropie d’émission harmonique dans des échantillons d’arséniure de galium et de germanium [1].

Le candidat devra avoir une bonne connaissance en optique non-linéaire et en optique ultra-rapide. Le stage se fera dans l’équipe Ultrafast NanoLight du groupe DICO (2 chercheurs permanents, 3 étudiants en thèse et 1-2 post-doctorants). Le candidat interagira fortement avec les membres de l’équipe pour assurer le bon déroulement du stage.

[1] https://iramis.cea.fr/LIDYL/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=3549
Mots clés/Keywords
Laser, Génération d'harmoniques d'ordre élevé
Laser, High-order harmonic generation
Images
Interaction lumière-matière
ANR DNAexciton
L\'interaction médicament-protéine étudié par spectroscopie de fluorescence résolue en temps
L\'interaction médicament-protéine étudié par spectroscopie de fluorescence résolue en temps
Nouvelles lumières sur l’interaction entre les rayons UVA et l’ADN
Nouvelles lumières sur l’interaction entre les rayons UVA et l’ADN
Effets coopératifs dans l\'absorption du rayonnement UV par les bases de l\'ADN
Effets coopératifs dans l\'absorption du rayonnement UV par les bases de l\'ADN
Effets coopératifs dans l\'absorption du rayonnement UV par les bases de l\'ADN
Etude du photorécepteur \
Primary processes induced in DNA by absorption of UV radiation
Dynamique des molécules biologiques  / Time-resolved techniques for dynamic studies of biological molecules
L\'Etude par spectroscopie de fluorescence femtoseconde du mécanisme de photoprotection de l\'eumélanine
Le terbium pour une méthode optique de diagnostic de la tuberculose
Le terbium pour une méthode optique de diagnostic de la tuberculose
Le terbium pour une méthode optique de diagnostic de la tuberculose
Excitation UV de l’ADN  : une nouvelle voie de relaxation excitonique
Excitation UV de l’ADN  : une nouvelle voie de relaxation excitonique
Excitation UV de l’ADN  : une nouvelle voie de relaxation excitonique
iNanoTheRad
Révélation des répartitions de radicaux •OH dans les traces d’ions lourds à température élevée
Identification d\'un nouveau mécanisme d\'endommagement de l\'ADN de nos cellules par du rayonnement UV de basse énergie
Identification d\'un nouveau mécanisme d\'endommagement de l\'ADN de nos cellules par du rayonnement UV de basse énergie
Identification d\'un nouveau mécanisme d\'endommagement de l\'ADN de nos cellules par du rayonnement UV de basse énergie
Étude par spectroscopie de fluorescence femtoseconde d\'un nouveau colorant \
Étude par spectroscopie de fluorescence femtoseconde d\'un nouveau colorant \
Étude par spectroscopie de fluorescence femtoseconde d\'un nouveau colorant \
 Spectroscopies laser pour les applications / Laser spectroscopy for applications
Dynamique électronique dans les diélectriques: des défauts ponctuels au claquage optique
Dynamique électronique dans les diélectriques: des défauts ponctuels au claquage optique
Dynamique électronique dans les diélectriques: des défauts ponctuels au claquage optique
ANR TOCYDYS
Dynamiques de relaxation ultrarapides dans les nanostructures colloïdales de pérovskite
LightDyNAmics
ANR OPHID (2012 -2016)
La grande évolution technologique des lasers femtoseconde sur la plateforme ATTOLab

 

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