Des physiciens basés à Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) à Munich et à l'Institut Max Planck d'optique quantique ont observé un phénomène de matière lumineuse à l'échelle nanométrique qui ne dure que quelques attosecondes.

Quand la lumière frappe un métal, son champ électromagnétique excite les vibrations des électrons dans le métal. Cette interaction se traduit par la formation de champs dits proches - des champs électromagnétiques localisés près de la surface du métal. Le comportement précis de tels champs proches sous l'influence de la lumière a maintenant été étudié par une équipe internationale de physiciens du LMU Munich et de l'Institut Max Planck d'optique quantique (MPQ), en étroite collaboration avec des chercheurs de la Chaire de physique des lasers de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Les chercheurs ont concentré des impulsions laser infrarouges intenses sur une nanoaiguille en or. Ces impulsions sont si courtes qu'elles ne sont constituées que de quelques oscillations du champ lumineux. Lorsque la lumière frappe le nanofil, elle excite des vibrations collectives des électrons associés aux atomes d'or près de la surface du fil. Ces mouvements d'électrons sont responsables de la génération de champs proches à la surface du fil.

Pour étudier le moment de la réponse du champ proche au champ lumineux, les physiciens ont dirigé une seconde impulsion lumineuse d'une durée extrêmement courte de seulement quelques centaines d'attosecondes (1 comme dure un milliardième de milliardième de seconde) sur la nanostructure très peu de temps après la première impulsion lumineuse. Ce second flash détache en fait des électrons du nanofil. Quand ils atteignent la surface, ils sont accélérés par les champs proches et peuvent être détectés, permettant de caractériser la dynamique des champs proches. L'analyse de ces électrons a montré que les champs proches oscillaient avec un décalage temporel d'environ 250 attosecondes par rapport à la lumière incidente, et qu'ils menaient dans leurs vibrations. En d'autres termes, les vibrations du champ proche ont atteint leur amplitude maximale 250 attosecondes plus tôt que les vibrations du champ lumineux.

"Les champs et les ondes de surface générés dans les nanostructures sont d'une importance centrale pour le développement de l'optoélectronique. Avec la technique d'imagerie que nous avons démontrée ici, ils peuvent maintenant être résolus de manière nette, " explique le professeur Matthias Kling, le chef du groupe Ultrafast Nanophotonics du Département de Physique du LMU.

Les expériences ouvrent la voie à des études plus complexes des interactions lumière-matière dans les métaux qui présentent un intérêt pour la nano-optique et l'électronique pilotée par la lumière du futur. Une telle électronique fonctionnerait aux fréquences de la lumière. Les champs optiques oscillent à des taux d'un million de milliards de fois par seconde, c'est-à-dire avec des fréquences pétahertz - environ 100, 000 fois plus rapide que les fréquences d'horloge atteignables dans les appareils électroniques conventionnels.