Lorsqu'une nappe dense d'électrons est accélérée à presque la vitesse de la lumière, il agit comme une surface réfléchissante. Un tel « miroir plasma » peut être utilisé pour manipuler la lumière. Désormais une équipe internationale de physiciens du Max Planck Institute of Quantum Optics, LMU Munich, et l'Université d'Umeå en Suède ont caractérisé en détail cet effet de miroir à plasma, et l'a exploité pour générer isolé, la lumière attoseconde à haute intensité clignote. Une attoseconde dure un milliardième de milliardième (10 -18 ) d'une seconde.
L'interaction entre des impulsions laser extrêmement puissantes et la matière a ouvert des approches entièrement nouvelles pour la génération d'éclairs lumineux ultracourts d'une durée de quelques centaines d'attosecondes seulement. Ces impulsions extraordinairement brèves peuvent à leur tour être utilisées pour sonder la dynamique de phénomènes physiques ultrarapides à des échelles subatomiques. La méthode standard utilisée pour créer des impulsions attosecondes est basée sur l'interaction de la lumière laser proche infrarouge avec les électrons dans les atomes de gaz rares tels que le néon ou l'argon.
Aujourd'hui chercheurs au Laboratoire de physique attoseconde de l'Institut Max Planck d'optique quantique de Garching et de l'Université Ludwig Maximilians (LMU) de Munich, en collaboration avec des collègues de l'Université d'Umeå, ont mis en œuvre avec succès une nouvelle stratégie de génération d'impulsions lumineuses attosecondes isolées.
Dans la première étape, femtoseconde extrêmement puissante (10 -15 sec) les impulsions laser peuvent interagir avec le verre. La lumière laser vaporise la surface du verre, ionisant ses atomes constitutifs et accélérant les électrons libérés à des vitesses équivalentes à une fraction appréciable de la vitesse de la lumière. Le plasma à haute densité résultant composé d'électrons en mouvement rapide, qui se propage dans le même sens que la lumière laser pulsée, agit comme un miroir. Une fois que les électrons ont atteint des vitesses proches de la vitesse de la lumière, ils deviennent relativistes, et commencent à osciller en réponse au champ laser. La déformation périodique qui s'ensuit du miroir à plasma interagit avec l'onde lumineuse réfléchie pour donner naissance à des impulsions attosecondes isolées. Ces impulsions ont une durée estimée d'environ 200 as et des longueurs d'onde dans l'extrême ultraviolet du spectre (20-30 nanomètres, 40-60 eV).
Contrairement aux impulsions attosecondes générées avec des impulsions laser plus longues, ceux produits par l'effet miroir à plasma et les impulsions laser qui ont une durée de quelques cycles optiques peuvent être contrôlés avec précision avec la forme d'onde. Cela a également permis aux chercheurs d'observer le déroulement temporel du processus de génération, c'est-à-dire l'oscillation du miroir à plasma. Surtout, ces impulsions sont beaucoup plus intenses, c'est-à-dire qu'ils contiennent beaucoup plus de photons, que celles obtenues avec la procédure standard.
L'intensité accrue permet d'effectuer des mesures encore plus précises du comportement des particules subatomiques en temps réel. Les impulsions lumineuses attosecondes sont principalement utilisées pour cartographier les mouvements des électrons, et ainsi fournir des informations sur la dynamique des processus fondamentaux au sein des atomes. Plus l'intensité de la lumière attoseconde clignote, plus on peut glaner d'informations sur les mouvements des particules dans la matière. Avec la démonstration pratique de l'effet miroir à plasma pour générer des impulsions lumineuses attosecondes lumineuses, les auteurs de la nouvelle étude ont développé une technologie, qui permettra aux physiciens de sonder encore plus profondément les mystères du monde quantique.
