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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-21-0453

DOMAINE DE RECHERCHE
Interactions rayonnement-matière / Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Imagerie attoseconde de paquets d’onde électroniques dans les gaz moléculaires

RÉSUMÉ DU SUJET

Résumé :

L’étudiant-e génèrera des impulsions UVX attosecondes à l’aide d’un laser Titane:Saphir intense (Equipement d’Excellence ATTOLab), puis les utilisera pour étudier la dynamique d’ionisation de gaz moléculaires : éjection d’électrons, réarrangements électroniques dans l’ion, migration de charge, décohérence quantique…

Sujet détaillé :

Ces dernières années, la génération d’impulsions sub-femtosecondes, dites attosecondes (1 as=10-18 s), a connu des progrès spectaculaires. Ces impulsions ultrabrèves ouvrent de nouvelles perspectives d’exploration de la matière à une échelle de temps jusqu’alors inaccessible. Leur génération repose sur la forte interaction non linéaire d’impulsions laser infrarouges (IR) brèves (~20 femtosecondes) et intenses avec des gaz atomiques ou moléculaires. On produit ainsi les harmoniques d’ordre élevé de la fréquence fondamentale, sur une large gamme spectrale (160-10 nm) couvrant l’extrême ultraviolet (UVX). Dans le domaine temporel, ce rayonnement cohérent se présente comme un train d’impulsions d’une durée de ~100 attosecondes [1]. Pour générer des impulsions isolées, il est nécessaire de confiner la génération dans une porte temporelle ultrabrève, ce qui implique la mise en œuvre de diverses techniques optiques de confinement.

Avec ces impulsions attosecondes, il devient possible d’étudier les dynamiques les plus rapides dans la matière, celles associées aux électrons, qui se déroulent naturellement à cette échelle de temps. La spectroscopie attoseconde permet ainsi l’étude de processus fondamentaux tels que la photo-ionisation et s’intéresse à la question: combien de temps faut-il pour arracher un électron à un atome ou une molécule ? La mesure de ces délais d’ionisation est actuellement un sujet « chaud » dans la communauté scientifique. En particulier, l’étude de la dynamique d’ionisation près des résonances permet d’accéder à des informations très fines sur la structure atomique/moléculaire, telles que les réarrangements électroniques dans l’ion suite à l’éjection d’un électron [2].

L’objectif de la thèse est tout d’abord de générer des impulsions attosecondes de durée et fréquence centrale adaptées à l’excitation de différents systèmes moléculaires. L’objectif est ensuite de mesurer l’instant d’apparition et la distribution angulaire des particules chargées, électrons et ions. Ces informations spatiales et temporelles permettront de reconstruire le film complet 3D de l’éjection des électrons, ainsi que d’accéder à la migration du trou dans l’ion et conduisant à sa fragmentation. Enfin, les effets de décohérence quantique, dû notamment à l’intrication ion-photoélectron, seront étudiés avec une technique récemment mise au point au laboratoire [3].

Le travail expérimental comprendra le développement et la mise en œuvre d’un dispositif, installé sur le laser FAB1 de l’Equipement d’Excellence ATTOLab, permettant : i) la génération de rayonnement attoseconde ; ii) sa caractérisation par interférométrie quantique ; iii) son utilisation en spectroscopie de photoionisation. Les aspects théoriques seront également développés. L’étudiant(e) sera formé(e) en optique ultrarapide, physique atomique et moléculaire, chimie quantique, et acquerra une large maitrise des techniques de spectroscopie de particules chargées. Des connaissances en optique, optique non linéaire, physique atomique et moléculaire, sont une base requise.

Le travail de thèse donnera lieu à des campagnes d’expériences dans des laboratoires français et européens associés (Lund, Milan).

Références :

[1] Y. Mairesse, et al., Science 302, 1540 (2003)

[2] V. Gruson, et al., Science 354, 734 (2016)

[3] C. Bourassin-Bouchet, et al., Phys. Rev. X 10, 031048 (2020)

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master2 LOM, LUMI, physique quantique

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers
Attophysique
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2021
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Pascal SALIERES  

CEA
DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO
LIDYL,
Université Paris-Saclay, CEA, CNRS,
CEA-Saclay,
91191 Gif sur Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 63 39

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Ondes et Matière
DIRECTEUR DE THÈSE

Pascal SALIERES

CEA
DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO
LIDYL,
Université Paris-Saclay, CEA, CNRS,
CEA-Saclay,
91191 Gif sur Yvette