Un laser pour "photographier" les électrons des atomes

Une expérience menée au CEA-Iramis (1) par une équipe internationale composée notamment de chercheurs du CEA, du CNRS, de l'Université Paris 6 et de l'Imperial College de Londres, ouvre la voie pour "photographier" l'évolution des nuages électroniques, et ce, aussi bien dans un solide que lors d'une réaction chimique ou en électronique moléculaire. Ces travaux sont publiés dans le numéro de juillet 2008 de Nature Physics.

Le laser est un outil de choix pour filmer la trajectoire des électrons dans les atomes et les molécules (plus précisément les "orbitales atomiques ou moléculaires"). Il permet en effet de produire des flashs de lumière d'une extraordinaire brièveté qui, seuls, permettent de suivre le mouvement des électrons qui s'effectuent en quelques centaines d'attosecondes (2).

En 2003, une équipe du CEA-Iramis (Saclay) avait déjà montré la possibilité de produire des impulsions lumineuses de 130 attosecondes en faisant interagir un faisceau laser excitateur avec un jet d'atomes. Cependant, aucun mécanisme ne permettait de contrôler précisément le déclenchement, la durée et l'intensité des impulsions produites.

Dans le cadre d'une collaboration européenne impliquant notamment le CEA, le CNRS, l'Université Paris 6 et l'Imperial College de Londres, des chercheurs viennent de montrer que l'on peut façonner et contrôler ces impulsions ultra-courtes en remplaçant le jet d'atomes par un jet de molécules linéaires, comme par exemple le gaz carbonique. L'idée a été d'utiliser un premier faisceau laser pour aligner les molécules de gaz, de façon à contrôler leur orientation par rapport au champ électrique d'un second faisceau excitateur. Ce dispositif permet de produire des impulsions lasers façonnables à volonté et positionnées dans le temps avec une précision extrême.

Ce "flash ajustable" à l'échelle de l'attoseconde, instrument indispensable à la réalisation de "photographies" d'orbitales électroniques et de leurs réarrangements, devrait constituer un outil supplémentaire pour de nombreux laboratoires à travers le monde dans les domaines de la chimie, des nanosciences et de la nanoélectronique.

Notes:

(1) Les études ont été réalisées sur le laser Luca de l'Institut rayonnement matière de Saclay (CEA Iramis), dans une collaboration Angleterre-Pologne-France associant cinq laboratoires. Les deux laboratoires français (Iramis/Spam et Laboratoire de chimie physique matière et rayonnement (CNRS, l'Université Paris 6)) sont partenaires du programme ANR Atto-science.

(2) L'attoseconde est le milliardième de milliardième de seconde, soit 10^-18 s.

Voir détails et illustrations sur le site IRAMIS