Des chercheurs de l'UE se rapprochent de la double ionisation
En temps normal, lorsqu'une impulsion laser intense interagit avec un atome, elle génère une agitation à l'échelle micrométrique et cette interaction produit une ionisation unique, pendant laquelle un électron est éjecté de l'atome. Souvent, pourtant, deux électrons peuvent se détacher de l'atome simultanément, ce qui entraîne une double ionisation, un processus relativement plus complexe. Des chercheurs allemands et américains ont observé ce processus en attosecondes (une attoseconde est un milliardième d'un milliardième de seconde), et ils présentent leurs résultats dans une nouvelle étude publiée dans la revue scientifique, Nature Communications. L'étude a été soutenue au titre du projet ATTOFEL («Ultrafast Dynamics using ATTosecond and XUV Free Electron Laser Sources»), financé au titre d'une subvention du réseau de formation (ITN) Marie Curie d'une valeur de 3 601 028 d'euros accordée dans le cadre du thème Personnes du septième programme-cadre (7e PC) et du projet Laserlab-Europe («The Integrated Initiative of European Laser Research Infrastructures»), un consortium européen rassemblant les principales infrastructures de recherches laser, financé en partie à hauteur de 8 650 000 euros au titre de l'initiative des Infrastructures intégrées du thème Capacités du 7e PC. Les chercheurs expliquent que la double ionisation est comparable à un jeu de billard dans lequel, suite à une collision, une balle fait bouger une autre balle. Le faisceau laser éjecte un électron de l'atome, le faisant s'éloigner puis se rapprocher du noyau atomique. Au cours de la collision, l'électron transfert une partie de son énergie au second électron, qui atteint un état d'excitation. Très vite, le champ électrique du laser libère également le second électron du noyau atomique. Une ionisation double non séquentielle consiste généralement en plusieurs re-collisions et évènements d'excitation, ce qui empêche une interprétation précise des résultats expérimentaux. Pour surmonter cela, l'équipe a confiné une double ionisation non séquentielle pour une re-collision et une excitation unique qui leur a permis de retracer le processus à l'attoseconde près. Pour ce faire, les scientifiques ont envoyé une impulsion laser de quatre femtosecondes sur des atomes d'argon (une femtoseconde équivaut à un millionième d'un milliardième de seconde). L'onde de lumière de l'impulsion consistait principalement en deux ondes maximums et deux ondes minimums, ou deux cycles. Grâce à l'action du champ laser, la majorité des atomes ont été ionisés. Pourtant, chaque millième atome a subi une double ionisation non séquentielle. Après l'ionisation du premier électron juste après la première onde maximale, 1,8 femtoseconde a été nécessaire pour qu'il revienne au noyau atomique et excite le second atome. L'électron est resté en état d'excitation pendant 400 attosecondes avant que le champ laser ne le libère du noyau avant la deuxième onde maximale. L'un des auteurs de l'étude, Boris Bergues de l'Institut Max Planck pour l'optique quantique commente: «Nous étions surpris de voir que le second électron a quitté le noyau atomique 200 attosecondes avant la deuxième onde maximale.» L'équipe a donc pu déterminer que le second électron se libère du noyau atomique au moment maximal du cycle en s'appuyant sur la dynamique quantique interne d'un système multiélectrons à laser. Ce type de recherches sur l'échelle des attosecondes est essentiel pour renforcer notre compréhension fondamentale des interactions entre la matière et la lumière, et les applications supplémentaires de cette technique expérimentale pour l'étude de molécules permettraient de comprendre des processus plus compliqués portant sur plusieurs électrons courants dans les réactions chimiques.Pour de plus amples informations, consulter: Institut Max Planck pour l'optique quantique: http://www.mpq.mpg.de/cms/mpq/en/index.html
Pays
Allemagne, États-Unis