Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Born de Berlin a, pour la première fois, démontré la spectroscopie attoseconde pompe attoseconde (APAPS) à un taux de répétition de 1 kilohertz. Cela est devenu possible grâce au développement d'une source attoseconde compacte et intense utilisant une géométrie de génération floue. Cette approche ouvre de nouvelles voies pour l'étude de la dynamique électronique extrêmement rapide dans le régime attoseconde.
La première génération d'impulsions attosecondes (1 attoseconde correspond à 10 -18 secondes) au tournant de ce siècle a permis un aperçu sans précédent du monde des électrons. Pour leurs travaux pionniers, qui ont conduit pour la première fois à la démonstration des impulsions attosecondes en 2001, Anne L'Huillier, Pierre Agostini et Ferenc Krausz ont reçu le prix Nobel de physique en 2023.
Les techniques attosecondes actuelles présentent cependant un inconvénient important :pour pouvoir enregistrer un film dans une expérience pompe-sonde, une impulsion attoseconde doit généralement être combinée avec une impulsion femtoseconde (1 femtoseconde correspond à 10 -15 secondes) dont les cycles optiques (de quelques femtosecondes) sont utilisés comme horloge avec une résolution attoseconde. Cela constitue une limitation pour l'étude de la dynamique électronique sur des échelles de temps attosecondes.
Depuis la première démonstration des impulsions attosecondes, de nombreux scientifiques ont rêvé de réaliser des expériences dans lesquelles une première impulsion de pompe attoseconde initie la dynamique électronique dans un atome, une molécule ou un échantillon solide, et où une seconde sonde attoseconde l'impulsion interroge le système à différents délais.
Cet objectif s’est avéré très ambitieux car il nécessite des impulsions attosecondes intenses. Le processus sous-jacent de génération d’harmoniques élevées (HHG) est cependant très inefficace. En conséquence, très peu de démonstrations de principe de spectroscopie attoseconde-pompe-attoseconde-sonde (APAPS) ont été rapportées, utilisant de grandes installations et des systèmes laser spécialisés fonctionnant à de faibles taux de répétition (10-120 Hertz).
Une équipe de chercheurs du Max Born Institute (MBI) de Berlin a démontré une approche différente, leur permettant de réaliser des expériences APAPS en utilisant une configuration beaucoup plus compacte. À cette fin, ils ont utilisé un laser de conduite clé en main à un taux de répétition en kilohertz. Cela a abouti à un fonctionnement nettement plus stable, ce qui est une condition essentielle pour la mise en œuvre réussie de l'APAPS.
Les scientifiques ont utilisé des impulsions laser infrarouges pour générer des impulsions attosecondes dans un jet de gaz. Contrairement à la manière dont les impulsions attosecondes sont habituellement générées, ils ont eu l'idée de placer le jet de gaz non pas à proximité du foyer laser pilote, mais à une certaine distance de celui-ci. En conséquence, des impulsions attosecondes avec une énergie d'impulsion relativement élevée et une petite taille de source virtuelle ont été générées, ce qui, après recentrage, a permis aux chercheurs d'obtenir des impulsions attosecondes de haute intensité.
Les chercheurs ont utilisé cette source attoseconde stable et intense en réalisant une expérience APAPS, dans laquelle les atomes d'argon ont été ionisés par une impulsion de pompe attoseconde, entraînant la génération d'Ar + à charge unique. ions. La formation de ces ions a été sondée par une impulsion de sonde attoseconde, conduisant à une ionisation plus poussée et à la formation d'Ar 2+ doublement chargé. ions.
Les résultats ont été une augmentation de l'Ar 2+ un rendement ionique sur une échelle de temps très rapide est observé. Cela montre que les impulsions de pompe et de sonde impliquées ont effectivement des durées d'impulsion attosecondes.
Les modestes énergies d’impulsions infrarouges utilisées dans cette étude ouvrent la voie à la réalisation d’expériences APAPS à des taux de répétition encore plus élevés, jusqu’au niveau du mégahertz. Les systèmes laser nécessaires à ces expériences sont déjà disponibles ou en cours de développement. En conséquence, ce nouveau concept pourrait permettre d'obtenir des informations sans précédent sur le monde des électrons sur des échelles de temps extrêmement courtes, qui ne sont pas accessibles par les techniques attosecondes actuelles.
Les résultats sont publiés dans la revue Science Advances .
Plus d'informations : Martin Kretschmar et al, Réalisation compacte de la spectroscopie pompe-sonde toute attoseconde, Science Advances (2024). DOI :10.1126/sciadv.adk9605
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par l'Institut Max Born pour l'optique non linéaire et la spectroscopie à impulsions courtes (MBI)
