Des impulsions lasers harmoniques X-UV attosecondes porteuses d'un moment angulaire orbital.
R. Géneaux, LIDYL (UMR CEA-CNRS).
Une collaboration de physiciens incluant le groupe "Attophysique" de l'Iramis/Lidyl (UMR CEA-CNRS) a réussi à générer et caractériser des impulsions lumineuses harmoniques attosecondes, porteuses d'un
moment angulaire (En physique, le moment angulaire ou moment cinétique est la grandeur physique qui joue un...) orbital, dans la gamme des longueurs d'ondes X-UV. De tels faisceaux permettraient de nombreuses applications comme l'analyse d'échantillons biologiques ou de la surface des
matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...). Ce travail a fait l'objet d'une publication dans Nature Communications.?
Des particules ou des objets peuvent être accélérés par interaction avec la
lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), qui possède donc une impulsion intrinsèque. De même certains faisceaux laser, dont le plan d'onde est hélicoïdal, peuvent mettre en rotation autour de l'axe du faisceau de tels objets. Ces faisceaux sont donc porteurs d'un moment angulaire orbital (MAO) et leur interaction avec la
matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) est bien spécifique.
La génération d'harmoniques d'ordre élevé (>> 10) peut être obtenue en focalisant un faisceau laser très intense (1014 W/cm2) dans un jet de gaz. Par cette méthode, l'équipe a réussi à produire et analyser des impulsions lasers de durée femtoseconde, structurées à l'échelle de l'attoseconde (1 as =10-18 s), dans le domaine XUV et porteuses d'un MAO d'ordre élevé.
Les faisceaux porteurs de MAO présentent nécessairement une géométrie très particulière sous forme d'anneau, du fait de la
singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou...) induite par l'
orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) non définie du plan d'onde au centre du faisceau. Il est montré que la mesure du
diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) de l'anneau est un moyen de connaitre la valeur du MAO. À partir d'un faisceau générateur
infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) porteur d'un MAO, le diamètre du faisceau de chaque
harmonique (Dans plusieurs domaines, une harmonique est un élément constitutif d'un phénomène périodique...) en sortie reste constant sur l'
ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) du spectre. C'est une signature directe de la
proportionnalité (On dit que deux mesures sont proportionnelles quand on peut passer de l'une à l'autre en...) entre l'ordre du moment angulaire et l'ordre q de l'harmonique.
Pour un faisceau pilote sans MAO, la composition de l'ensemble des harmoniques (spectre très large) produit un train d'impulsions bien définies de durée attoseconde. Pour un faisceau porteur de MAO, la résultante de cette composition d'harmoniques présente une structure en double hélice, comme une
molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) d'ADN (voir figure). Cette structure à l'échelle de l'attoseconde, observée ici pour la première fois, est particulièrement intéressante et prometteuse pour les études de dynamiques électroniques ultrarapides.
Ces observations ouvrent aussi la voie à de nouvelles spectroscopies pour l'étude, par exemple, des propriétés magnétiques et optiques de la matière condensée (dichroïsmes hélicoïdaux), de dislocations de surfaces en
physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des matériaux ou encore de structures chirales (matière vivante notamment). Pour élargir leur champ d'application, il serait aussi intéressant de rendre ces sources encore plus versatiles, en permettant d'affecter un MAO arbitraire à une harmonique quelconque. Ces recherches bénéficieront rapidement des nouvelles installations de l'
EQUIPEX Attolab sur le site du CEA-Orme des Merisiers.
Références publication:
?Synthesis and characterization of attosecond light vortices in the extreme ultraviolet
R. Géneaux, A. Camper, T. Auguste, O. Gobert, J.Caillat, R. Taïeb and T. Ruchon,
Nature Communication, 30 Août 2016, DOI: 10.1038/NCOMMS12583
Contact chercheur:
Thierry Ruchon
IRAMIS/LIDYL UMR CEA-CNRS – Groupe Atto.