Les scientifiques ont découvert que des électrons relativement lents sont produits lorsque des lasers intenses interagissent avec de petits amas d'atomes, renversement des théories actuelles.

Des interactions intenses de clusters laser se produisent lorsque de petits clusters d'atomes, nanomètres (milliardièmes de mètre) en taille, sont frappés par des lasers intenses. Ça arrive, par exemple, lors de l'imagerie d'échantillons biomédicaux sur des échelles de temps ultrarapides. Cependant, les biomolécules peuvent être endommagées dans ce processus par le rayonnement.

La découverte du slow, les électrons de faible énergie produits par les interactions intenses des clusters laser fournissent un chaînon manquant dans la compréhension du processus par les scientifiques, et pourrait expliquer pourquoi les biomolécules sont endommagées.

Les interactions intenses des clusters laser étaient connues pour produire des ions et des électrons énergétiques, mais maintenant, dans un article publié aujourd'hui dans Lettres d'examen physique , des chercheurs ont révélé que des électrons relativement lents sont également produits en grande quantité.

Comprendre l'échelle nanométrique

Une équipe de chercheurs de l'Imperial College de Londres, l'Université de Rostock, l'Institut Max-Born, l'Université de Heidelberg et ELI-ALPS ont exposé de minuscules amas constitués de quelques milliers d'atomes à des ultracourts, impulsions laser intenses. Ils ont constaté que la grande majorité des électrons émis étaient très lents et étaient émis avec un retard par rapport aux électrons plus énergétiques.

Scientifique principal Dr. Bernd Schütte, qui a effectué les expériences au département de physique de l'Impériale, a déclaré:"De nombreux facteurs, y compris le champ magnétique terrestre, influencent le mouvement des électrons lents, rendant leur détection très difficile et expliquant pourquoi ils n'ont pas été observés plus tôt. Nos observations étaient indépendantes du cluster spécifique et des paramètres laser utilisés, et ils nous aident à comprendre les processus complexes évoluant à l'échelle nanométrique."

Lorsque des particules ou des amas à l'échelle nanométrique (de taille nanométrique) sont frappés par des impulsions laser intenses, divers phénomènes se produisent, et la plupart sont bien compris. Cependant, la génération d'ions hautement chargés a jusqu'à présent posé une énigme aux chercheurs. En effet, les simulations prédisaient que les électrons et les ions se recombineraient, réduire la charge des ions.

Résoudre l'énigme

La découverte des électrons lents résout cette énigme. Parce qu'ils sont libérés après les électrons les plus énergétiques, de nombreux électrons lents peuvent s'échapper de l'amas d'atomes. En conséquence, il devient beaucoup plus difficile pour les ions chargés de trouver des électrons partenaires avec lesquels ils peuvent se recombiner, et beaucoup d'entre eux restent très chargés.

Auteur principal, le professeur Jon Marangos, du Département de physique de l'Impériale, a déclaré :« Les chercheurs étudient l'émission énergétique de particules provenant d'amas atomiques irradiés par laser depuis le milieu des années 1990.

"Ce qui est surprenant, c'est que jusqu'à présent, l'émission d'électrons retardée à beaucoup plus faible énergie a été négligée. Il s'avère que c'est une caractéristique très forte, représentant la majorité des électrons émis, et peut jouer un grand rôle lorsque de la matière condensée ou de grosses molécules de toute nature interagissent avec une impulsion laser de haute intensité. »

Chasser les électrons

Afin de comprendre les observations expérimentales, Le professeur Thomas Fennel et ses collègues de l'Université de Rostock et du Max-Born-Institute ont simulé l'interaction de l'impulsion laser avec le cluster. Il a dit :"Nos simulations atomistiques ont montré que les électrons lents résultent d'un processus en deux étapes, dont la deuxième étape repose sur un coup de pied final qui a jusqu'à présent échappé à l'attention des chercheurs."

D'abord, l'impulsion laser intense détache les électrons des atomes individuels. Ces électrons restent piégés dans l'amas car ils sont fortement attirés par les ions. Lorsque cette attraction diminue à mesure que les particules s'éloignent les unes des autres pendant l'expansion de l'amas, le décor est planté pour la deuxième étape importante.

Les électrons faiblement liés obtiennent leur dernier coup de pouce pour s'échapper de l'amas lorsqu'ils entrent en collision avec un ion hautement excité. Comme de tels processus corrélés sont assez difficiles à modéliser, les ressources informatiques de la North-German Supercomputing Alliance (HLRN) ont été essentielles pour résoudre l'énigme.