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. |
|
|
 |
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. |
|
|
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.
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.
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.
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).......
| 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
|
Contact : |
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2024
| Contact : |
|
| Directeur de thèse : |
|
Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/romain.geneaux/
Labo : https://iramis.cea.fr/LIDYL/DICO/
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.
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
Autre lien
Résumé/Summary
Sujet détaillé/Full description
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
Preuve de concept du dosage in operando de H2O2 par photolyse éclair
Proof of Concept of in operando H2O2 analysis using flash photolysis
Spécialité
Interaction laser-matière
Niveau d'étude
Bac+5
Formation
Master 2
Unité d'accueil
Candidature avant le
06/05/2024
Durée
5 mois
Poursuite possible en thèse
oui
Contact
BALDACCHINO Gérard
+33 1 69 08 57 02
Résumé/Summary
Sujet détaillé/Full description
Comme H2O2 a la propriété d'être facilement photolysé avec une excitation laser dans l'UVA-B en donnant 2 radicaux hydroxyle, on peut utiliser la technique de photolyse éclair nanoseconde et la réactivité d'espèces comme Br-, Cl- ou même O2 pour mesurer la concentration de H2O2 au cours du temps, pendant que l'échantillon est irradié (in operando) : cela constitue une expérience à 3 faisceaux.
Le stage consistera donc à utiliser l'installation laser du LIDYL/DICO dédiée à la photolyse éclair nanoseconde et de tester/comparer différents systèmes chimiques pour paramétrer au mieux une expérience qui se fera in fine sous faisceau d'ions pulsé. Avant cela, l'expérience sera simulée avec un code déterministe de manière à tenir compte du processus complexe de la radiolyse de l'eau.
As H2O2 has the property of being easily photolyzed with laser excitation in UVA-B giving 2 hydroxyl radicals, we can use the nanosecond flash photolysis technique and the reactivity of species like Br-, Cl- or even O2 to measure the concentration of H2O2 over time, while the sample is being irradiated (in operando): this constitutes a 3-beam experiment.
The internship will therefore consist of using the LIDYL/DICO laser installation dedicated to nanosecond flash photolysis and testing/comparing different chemical systems to best configure an experiment which will ultimately be carried out under a pulsed ion beam. Before that, the experiment will be simulated with a deterministic code in order to take into account the complex process of water radiolysis.
Mots clés/Keywords
Compétences/Skills
Logiciels
