Description du projet
Sonder la dynamique ultra rapide des électrons à haute résolution spatiale
La cohérence quantique est un trait marquant de la physique du même nom: elle caractérise les corrélations de phase des ondes de lumière ou de matière. Toutefois, l’absence d’outils d’imagerie offrant une résolution spatiale et temporelle suffisamment élevée limite fortement l’étude des phénomènes de cohérence dans les systèmes électroniques. L’objectif du projet ATTIDA, financé par l’UE, est de développer tout le potentiel de la spectroscopie attoseconde en sondant les phénomènes de cohérence ultra rapides à haute résolution spatiale. L’approche proposée repose sur la combinaison de la spectroscopie attoseconde avec la microscopie à effet tunnel et l’holographie électronique. Cette combinaison devrait permettre aux chercheurs d’étudier la dynamique des charges à l’échelle d’une seule molécule et d’observer comment les systèmes électroniques dans les nanostructures évoluent dans le temps. Les activités de ce projet sont susceptibles de profiter à de nombreux domaines, notamment l’optique quantique, la plasmonique, l’électronique moléculaire, la science des surfaces et la femtochimie.
Objectif
Coherence is a fundamental property of quantum mechanics, characterizing phase correlations of light or matter waves. It is at the heart of many physical phenomena, such as the creation of electron-hole pairs in the photovoltaic effect or the fast migration of electronic charge within a molecule. In order to study coherent electron dynamics, extremely high spatial and temporal resolving power is required, which is highly challenging. Well-established imaging methods like scanning tunneling microscopy achieve atomic-scale spatial resolution, while lacking ultrafast time resolution. At the temporal frontier, I recently bridged the gap between attosecond spectroscopy (1as = 10-18 s) and the nano-scale. The goal of my research program is to unlock the full potential of attosecond spectroscopy by achieving simultaneous spatial and temporal probing of ultrafast coherent phenomena.
The proposed approach relies on the introduction of attosecond spectroscopy into scanning tunneling microscopy and electron holography. The spatial resolution of these methods is based on nano-scale needle tips, serving as local probes or as point-like electron sources. My team and I will develop attosecond temporal gates at the tips, enabling pump-probe spectroscopy. The resulting “pump” – triggering the coherent dynamics – and the “probe” – measuring its evolution – are localized in space and time, with attosecond and sub-nanometer precision. This combination will allow watching charge dynamics in a single molecule and observing multi-electron dynamics in nanostructures with atomic-scale site selectivity, as they evolve in real time.
My approach has the potential to shed new light on quantum optics, plasmonics, molecular electronics, surface science and femtochemistry. In particular, my team and I will study quantum tunneling on the atomic level, charge migration in organic molecules and electron-hole dynamics in low-dimensional solid-state systems.
Champ scientifique
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
32000 Haifa
Israël