Récemment, un groupe de recherche de l'Institut d'optique et de mécanique fine de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a observé des franges périodiques de paquets d'électrons induites par le champ laser femtoseconde.

Ces scientifiques ont démontré pour la première fois la métrologie directe de la dynamique des électrons attosecondes avec une résolution temporelle sans précédent. Ce travail a été publié dans Photonique de la nature le 30 novembre, 2020.

L'interaction des électrons et des photons est fondamentale pour la physique microcosmique. La révélation de la dynamique des électrons ultrarapides entraînée par un champ lumineux a conduit à de grands progrès en diffraction et microscopie des électrons ultrarapides, caméras à séquence ultrarapide, et les lasers à électrons libres. Ces dynamiques sous-jacentes sont cachées sous l'échelle de temps femtoseconde, ainsi, l'exploration et le suivi des dynamiques de charge impliquées dans ces applications nécessitent une résolution temporelle toujours plus grande pour exploiter pleinement leur potentiel. Cependant, l'accès direct à la caractérisation du champ optique d'une impulsion d'électrons libres reste difficile en raison des difficultés à réaliser l'accord de phase entre le champ optique et l'électron.

Dans cette étude, le sondage direct de la dynamique attoseconde des trains d'impulsions d'électrons libres a été réalisé avec une résolution comparable par un nouveau mode de réalisation du concept de base de l'imagerie des stries, où la traînée est contrôlée par un champ laser infrarouge sous-relativiste (figure a).

En utilisant un laser à contraste élevé et un miroir plasma, l'impulsion électronique émise est restée à une phase donnée du champ électrique laser (figure b), ce qui a largement atténué les problèmes de synchronisation temporelle. Avec le champ laser réfléchi servant de champ de stries, les impulsions électroniques attosecondes générées à différents cycles optiques peuvent être séparées transversalement dans le champ lointain.

D'après l'image en champ lointain, la déviation variant dans le temps "raye" l'emplacement des électrons sur l'écran, cartographier le profil temporel des impulsions d'électrons à une distribution spatiale (figure c). Trois groupes d'électrons éjectés respectivement sur le front montant (I), à la région adjacente du pic (II), et à la queue de l'impulsion laser (III) ont connu différents processus ultrarapides dans le domaine laser.

Cette observation expérimentale confirme l'approche consistant à exploiter la cartographie temps-espace induite par un champ laser pour étudier la dynamique ultrarapide des charges dans une surface de plasma avec une résolution attoseconde. Une vitesse de traçage instantanée allant jusqu'à 60 μrad/as a été atteinte, présentant des ordres de grandeur de progression de la vitesse de stries par rapport aux concurrents THz.

Cette approche directe du domaine spatial ouvre la porte à une métrologie attoseconde polyvalente et ouvre la voie à l'électronique à ondes lumineuses à l'avenir.