Lorsque la lumière interagit avec un miroir qui se dirige vers lui à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, sa longueur d'onde est déplacée dans la région ultraviolette extrême du spectre. Cet effet a été prédit pour la première fois par Albert Einstein. Sa théorie a été confirmée expérimentalement près de 100 ans plus tard, suite au développement des sources lumineuses laser à haute intensité. Les physiciens des lasers du Laboratoire de physique attoseconde (LAP) de l'Institut Max Planck d'optique quantique à Garching (MPQ) et du LMU ont maintenant caractérisé le phénomène en détail dans des conditions contrôlées et l'ont exploité pour générer des éclairs de lumière attoseconde de haute intensité. De plus, ils montrent que ces impulsions peuvent être mises en forme avec une précision sans précédent pour une utilisation dans la recherche attoseconde.

Comme règle, ces impulsions ultracourtes sont créées en permettant à une lumière laser cohérente d'interagir avec un échantillon d'un gaz noble, comme le xénon. Cependant, cette méthode a un sérieux inconvénient - les impulsions résultantes ont de faibles énergies. Une approche alternative à la génération d'impulsions attosecondes utilise des miroirs à oscillation relativiste. Dans ce cas, la lumière n'interagit pas avec un gaz, mais avec une surface solide en silice fondue.

Une petite partie de la lumière incidente sert à ioniser la surface du verre, créant ainsi un plasma – un nuage dense composé d'électrons libres et pratiquement immobile, ions atomiques chargés positivement. Cet état de fait peut être comparé à celui trouvé dans les métaux normaux, dans lequel une fraction des électrons peut se déplacer librement à travers le matériau. En réalité, ce plasma de surface dense se comporte comme un miroir métallisé. Le champ électrique oscillant associé à la lumière qui frappe ce miroir fait osciller la surface du plasma à des vitesses de pointe proches de celle de la lumière elle-même. La surface oscillante réfléchit à son tour la lumière incidente. Conséquence de l'effet Doppler, la fréquence de la lumière entrante est décalée dans la région ultraviolette extrême (XUV) du spectre - et plus les vitesses de pointe sont élevées, plus le décalage de fréquence est important. Parce que les durées d'oscillations des miroirs à vitesse maximale sont extrêmement courtes, Les impulsions de lumière XUV d'une durée de quelques attosecondes peuvent être filtrées spectralement. Surtout, ces flashs ont une intensité bien supérieure à ceux qui peuvent être générés par l'interaction classique en phase gazeuse. En réalité, les simulations suggèrent qu'ils devraient atteindre des énergies de photons de l'ordre du kiloélectron-volt (keV).

En collaboration avec des scientifiques de l'ELI (Extreme Light Infrastructure) de Szeged en Hongrie, la Fondation pour la Recherche et la Technologie – Hellas (FORTH) à Héraklion (Grèce) et l'Université d'Umeå en Suède, l'équipe dirigée par le professeur Stefan Karsch a pu acquérir de nouvelles et précieuses informations sur l'interaction de la lumière laser pulsée avec des surfaces solides oscillant de manière relativiste. Ils ont d'abord analysé le profil d'intensité et la distribution d'énergie des impulsions attosecondes résultantes, et leur dépendance vis-à-vis de la « phase d'enveloppe de la porteuse » de l'impulsion laser d'entrée de commande en temps réel. "Ces observations nous permettent de définir les conditions requises pour une génération optimale d'impulsions lumineuses attosecondes à l'aide du miroir plasma oscillant, " dit Olga Jahn, le premier auteur de l'étude. "Nous avons pu démontrer que des flashs de lumière XUV attoseconde isolés peuvent en effet être produits à partir d'impulsions optiques constituées de trois cycles d'oscillation." Les résultats de l'équipe LAP permettront de simplifier et de standardiser la procédure nécessaire pour générer des impulsions attosecondes au moyen de miroirs à plasma. Les intensités comparativement élevées obtenues ouvrent de nouvelles opportunités pour la spectroscopie ultraviolette, et promettent de dévoiler de nouveaux aspects du comportement moléculaire et atomique.