Impulsions attosecondes portant un moment angulaire orbital pour la détection de dichroïsmes hélicoïdaux

Attosecond pulses with orbital angular momentum for the detection of helicoidal dichroisms

• Auteur / Autrice : Matthieu Guer
• Direction : Thierry Ruchon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 12/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA/LIDYL - Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ATTO
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Moment angulaire de la lumière

Dynamique de magnétisation

Physique attoseconde

Physique des champs forts

Lumière XUV

XUV light

Magnetization dynamics

Strong field physics

Attosecond physics

Angular momentum of light

Résumé

La lumière dans l'extrême ultraviolet (XUV) constitue une sonde universelle de la matière, qu'elle se présente en phase diluée ou condensée : les photons associés à cette gamme spectrale portent une énergie de 10 à 100 eV, suffisante pour ioniser directement atomes, molécules ou objets solides. De grands instruments tels les synchrotrons ou les lasers à électrons libres (LEL) fonctionnent dans cette gamme spectrale et permettent d'étudier, tant du point de vue fondamental qu'appliqué, les interactions lumière-matière dans ce régime. Cependant, ces grands instruments n'offrent pas la résolution temporelle permettant d'atteindre les échelles de temps ultimes des interactions lumière-matière, situées dans la gamme attoseconde (1as=10−18s). Une alternative est offerte par le développement, ces dernières années, de sources XUV basées sur la génération d'harmoniques d'ordre élevé (HHG) d'un laser femtoseconde intense. Notre laboratoire a été pionnier pour le développement, le contrôle et la mise en forme de ces sources fournissant des impulsions XUV attosecondes. Au cours de cette thèse, nous développerons des dispositifs spécifiques faisant porter à ces impulsions un moment angulaire, qu'il soit de spin ou orbital. Ceci ouvrira de nouvelles applications mettant en jeu des spectroscopies résolues en temps ignorées à ce jour. L'accent sera mis, d'une part sur les aspects fondamentaux d'interaction lumière/matière dans le régime hautement non linéaire et ultra bref en présence de moment angulaire, d'autre part sur des applications de physique attoseconde, en phase diluée ou condensée. En particulier, nous chercherons à mettre en évidence des dichroïsmes hélicoïdaux, qui se manifestent par des absorptions différentes de faisceaux portant des moments angulaires orbitaux opposés. Ces effets restent très largement ignorés à ce jour. L'étudiant(e) acquerra une pratique de l'optique des lasers, en particulier femtoseconde, et des techniques de spectrométrie de particules chargées. Il (elle) étudiera également les processus de physique des champs forts sur lesquels se basent la génération d'harmonique élevées. Il/elle deviendra un(e) experte de la physique attoseconde. L'acquisition de techniques d'analyse approfondie, d'interfaçage d'expérience seront encouragées même si non indispensables. Sujet complet à http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/

Light in the extreme ultraviolet (XUV) is a universal probe of mater, may it be in diluted or condensed phase: photons associated with this spectral range carry energy of 10 to 100 eV, sufficient to directly ionize atoms, molecules or solids. Large scale instruments such as synchrotrons or the lately developed free electron lasers (FEL) work in this spectral range and are used to both study fundamental light matter interaction and develop diagnosis tools. However these instruments do not offer the temporal resolution require to study light matter interactions at their ultimate timescales, which is in the attosecond range (1as = 10-18s). An alternative is offered by the recent development of XUV sources based on high order harmonic generation (HHG). They are based on the extremely nonlinear interaction of a femtosecond intense laser beam with a gas target. Our laboratory has pioneered the development, control and design of these sources providing XUV attosecond pulses. During this PhD project, we will develop specific setups to allow these attosecond pulse to carry angular momenta, may it be spin or orbital angular momenta. This will open new applications roads through the observations of currently ignored spectroscopic signatures. On the one hand, the fundamental aspects of light-matter interaction in the highly nonlinear regime with angular momenta involved will be investigated, and on the other hand, we will tack attosecond novel spectroscopies, may it be in diluted or condensed phase. In particular, we will chase helical dichroism, which manifest as different absorptions of beams carrying opposite orbital angular moments. These effects are largely ignored to date. The student will acquire practical knowledge about lasers, in particular femtosecond lasers, and hands on spectrometric techniques of charged particles. He/she will also study strong field physical processes which form the basis for high harmonic generation. He/she will become an expert in attosecond physics. The acquisition of analysis skills, computer controlled experiments skills will be encouraged although not required. Full subject at http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/