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Déplacer des électrons capturés par une forte lumière ultraviolette

Des scientifiques financés par l'UE ont pour la première fois généré des impulsions attosecondes isolées d'une luminosité sans précédent, dans l'ultraviolet extrême. Ceci permet aux scientifiques d'explorer davantage des phénomènes physiques très rapides comme la dynamique d'électrons et l'effet tunnel quantique.
Déplacer des électrons capturés par une forte lumière ultraviolette
Pour arriver à «voir» quelque chose d'aussi petit et rapide qu'un électron qui se déplace dans un atome, une molécule ou un solide, il faut l'éclairer avec une impulsion ultra courte, dans la plage attoseconde. Pour créer de telles impulsions, les scientifiques ont ces dernières années projeté des impulsions laser intenses sur un nuage de gaz faiblement ionisé. Ce processus génère des harmoniques d'ordre plus élevé que la fréquence du laser, donc de longueur d'onde plus courte, générant des impulsions de l'ordre de l'attoseconde.

Les scientifiques du projet ALPINE (Attosecond source from laser-plasma interaction), financé par l'UE, ont pour la première fois effectué cette génération d'harmoniques d'ordre élevé dans des cibles de plasma miroir, en les éclairant avec des impulsions d'un laser à deux cycles. Quand une impulsion laser intense frappe une surface polie à l'échelle optique, elle engendre un plasma dense qui se comporte comme un miroir. L'interaction entre le laser et le plasma génère des bouffées attosecondes d'ultraviolet extrême, plus courtes et plus lumineuses.

Les travaux des scientifiques ont conduit à la première démonstration expérimentale d'une génération d'harmoniques d'ordre élevé à la limite relativiste (au-dessus d'un certain seuil d'intensité, la lumière laser accélère les électrons cibles quasiment à la vitesse de la lumière).

Pour atteindre leur but, les chercheurs d'ALPINE ont apporté de nombreuses améliorations au système laser, obtenant un excellent contraste temporel. Ils ont réduit le socle de plusieurs ordres de magnitude, en associant un filtre temporel d'onde à polarisation transversale et un plasma miroir. En contrôlant la dispersion du système laser, ils ont éliminé les préimpulsions parasites.

Les chercheurs ont constaté que la génération d'harmoniques d'ordre élevé dépend de la phase enveloppe-porteuse de l'impulsion laser. Cette observation importante montre que les harmoniques relativistes d'ordre élevé conduisent à la génération d'impulsions laser attosecondes.

ALPINE a montré que la génération d'harmoniques d'ordre élevé était requise pour l'attophysique, sa nouveauté étant d'illuminer la cible avec des impulsions laser à deux cycles au lieu des lasers classiques à plusieurs cycles. Ses résultats devraient permettre d'étudier plus avant la dynamique d'électrons ultra rapides dans la matière.

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Mots-clés

Impulsions attoseconde, ultraviolets extrêmes, génération d'harmoniques d'ordre élevé, interaction laser-plasma, laser à deux cycles