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Diffraction électronique femtoseconde
induite par une impulsion laser intense sub-10 fs, nous étudions théoriquement la faisabilité d’une nouvelle technique de diffraction d’électrons en phase gazeuse en utilisant des technologies laser femtoseconde et la physique attoseconde correspondante. Cette méthode permettrait d’analyser les structures d’espèces moléculaires transitoires avec une résolution temporelle approchant les quelques femtosecondes et une résolution spatiale de quelques Å.
Ce projet s’insère dans la continuité de la collaboration menée avec Christian Cornaggia dans le cadre de l’ANR « Image femto ». Cette diffraction électronique se base sur le mécanisme de recollision. Nous nous proposons de contrôler ce mécanisme afin d’utiliser l’électron comme source pour une diffraction ultrarapide. De par la nature même de la recollision, le temps caractéristique du processus, un demi-cycle optique, est de quelques femtosecondes. Nous espérons aussi pouvoir atteindre une résolution spatiale de quelques Å en optimisant l’éclairement du laser pour que la longueur d’onde de De Broglie de l’électron corresponde à la distance internucléaire de la molécule étudiée.
Au niveau expérimental, l’étude des spectres de photoélectrons issus de molécules non alignées a permis de montrer que la spécificité moléculaire pouvaient être décelée dans les distributions angulaires [1] ainsi que dans les signaux des électrons issus de la recollision [2]. Au niveau théorique, des résultats préliminaires sur la molécule de CO réalisés avec un potentiel à 2 dimensions et une molécule alignée interagissant avec une impulsion laser centrée sur une longueur d’onde de 800 nm d’une durée de 1 cycle optique nous permettent de penser que la signature de la structure géométrique de la molécule apparaît dans les spectre de photoélectrons. La Fig. 1 représente la fonction d’onde électronique de CO sous l’influence du champ électrique E de l’impulsion laser à deux instants différents, t
et t > t. À t, la fonction d’onde électronique a été éloignée de la molécule et est déjà en train de revenir vers l’ion parent et à t, l’électron a dépassé et donc interagi avec le noyau. Les franges d’interférences qui apparaissent alors peuvent contenir des informations sur la distance internucléaire ou la symétrie du système au moment de la recollision.
Figure 1. Fonction d’onde électronique de CO2 en fonction des coordonnées spatiales y et z à 2 instants différents.
[1] C. Cornaggia, Phys. Rev. A 78, 041401® (2008)
[2] C. Cornaggia , J. Phys. B 42, 161002 (2009)
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