L’optique quantique à champ fort est un sujet de recherche émergent rapidement, qui fusionne des éléments de photoémission non linéaire ancrés dans la physique des champs forts avec le domaine bien établi de l’optique quantique. Bien que la distribution des particules lumineuses (c'est-à-dire les photons) ait été largement documentée dans les sources lumineuses classiques et non classiques, l'impact de telles distributions sur les processus de photoémission reste mal compris.
Des chercheurs de l'Université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nürnberg (FAU) et de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière ont récemment entrepris de combler cette lacune dans la littérature en explorant les interactions entre la lumière et la matière avec une source de lumière non classique. Leur article, publié dans Nature Physics , démontre que les statistiques de photons de la source de lumière principale sont imprimées sur les statistiques du nombre d'électrons émis par les pointes d'aiguilles métalliques, une observation qui pourrait avoir des implications intéressantes pour le développement futur des dispositifs optiques.
"Le domaine de la physique des champs forts est désormais très développé, comme le montre le prix Nobel de physique 2023", a déclaré Jonas Heimerl, co-auteur de l'article et chercheur à la FAU, à Phys.org. "Cette physique ne se limite pas aux atomes mais se produit également sur des surfaces métalliques comme les pointes d'aiguilles métalliques. Le domaine de l'optique quantique est tout aussi développé et encore plus diversifié. Un aspect de ce domaine est la génération de lumière avec des statistiques lumineuses non classiques, telles que comme un vide pressé brillant. "
L'objectif principal des dernières recherches de Heimerl et de ses collaborateurs a été de comprendre comment la lumière quantique provenant de sources lumineuses non classiques interagit avec la matière. Notamment, les interactions entre la lumière quantique et la matière n'ont jusqu'à présent été explorées qu'à l'aide de sources lumineuses classiques.
"Notre voisine, le professeur Maria Chekhova, est une experte de renommée mondiale dans le domaine de la génération de vide brillant, une forme particulière de lumière non classique", a déclaré Peter Hommelhoff, co-auteur de l'article et chercheur à la FAU, à Phys. .org. "Nous avons donc fait équipe avec elle et notre partenaire de longue date Ido Kaminer du Technion en Israël pour étudier l'émission d'électrons provoquée par une lumière non classique."
Heimerl, Hommelhoff et leur groupe de recherche à la FAU ont mené leurs expériences en étroite collaboration avec Chekhova, une chercheuse possédant une vaste expertise en optique quantique. Chekhova est particulièrement connue pour son travail sur la génération de vide compressé brillant, une technique qui implique l'utilisation de processus optiques non linéaires pour générer un vide compressé brillant, une forme de lumière non classique.
"Dans notre expérience, nous avons utilisé cette source de lumière non classique pour déclencher un processus de photoémission à partir d'une pointe d'aiguille métallique mesurant seulement quelques dizaines de nanomètres", a expliqué Heimerl. "Pensez-y à l'effet photoélectrique bien connu étudié par Einstein, mais maintenant avec une source de lumière qui présente des intensités et des fluctuations extrêmes au sein de chaque impulsion laser."
Pour chaque impulsion laser générée, les chercheurs ont compté le nombre d’électrons, tant pour les sources lumineuses classiques que non classiques. Fait intéressant, ils ont découvert que le nombre d'électrons peut être directement influencé par le feu de route.
"Nos découvertes pourraient être d'un grand intérêt, en particulier pour les applications d'imagerie avec des électrons, par exemple lorsqu'il s'agit d'imager des molécules biologiques", a déclaré Heimerl.
Les molécules biologiques sont connues pour être très sujettes aux dommages et la réduction de la dose d’électrons utilisée pour imager ces molécules pourrait réduire le risque de tels dommages. L'article de Heimerl et al. suggère qu'il est possible de moduler le nombre d'électrons pour répondre aux besoins d'applications spécifiques.
"Avant de pouvoir résoudre ce problème, nous devons cependant montrer que nous pouvons également imprimer une autre distribution de photons aux électrons, à savoir une distribution avec un bruit réduit, ce qui pourrait être difficile à réaliser", a déclaré Hommelhoff.
Les résultats de ces récents travaux pourraient bientôt ouvrir de nouvelles opportunités de recherche axées sur l’optique quantique à fort champ. Parallèlement, ils pourraient servir de base à de nouveaux dispositifs, notamment des capteurs et des optiques à champ fort qui exploitent l'interaction entre la lumière quantique et les électrons.
"Nous pensons que ce n'est que le début des recherches expérimentales dans ce domaine", a ajouté Heimerl. " De nombreux travaux théoriques sont déjà en cours, dont certains sont dirigés par notre co-auteur Ido Kaminer. Une observable que nous n'avons pas encore étudiée mais qui contient beaucoup d'informations est l'énergie de l'électron, qui pourrait éclairer encore plus le phénomène. interaction lumière-matière."
