Commutateur inédit pour tsunami lumineux

27 mai 2019, 19:45
Image : Université de technologie Chalmers.
Image : Université de technologie Chalmers.
Une équipe de chercheurs de l’université de technologie Chalmers et de l’université de Göteborg (l'une et l’autre en Suède) vient de proposer un procédé pour créer une source de rayonnement sans précédent. Des impulsions lumineuses extrêmement intenses sont obtenues grâce au mouvement d'une onde unique qui s'apparente à un tsunami lumineux. Cette onde puissante peut être utilisée pour étudier, comme jamais auparavant, les interactions entre la matière et la lumière. Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue scientifique Physical Review Letters.

« Cette source de rayonnement nous permet d'observer la réalité avec un regard neuf, comme si nous tournions un miroir pour découvrir quelque chose de complètement différent », précise Illia Thiele, physicien théoricien au sein de l'université de technologie Chalmers.

Conjointement avec le docteur Evangelos Siminos de l'université de Göteborg et Tünde Fülöp, professeure de physique au sein de l'université de technologie Chalmers, Illia Thiele présente un procédé théorique pour créer le mouvement d’onde unique le plus rapide possible. Ce type de rayonnement n'a encore jamais été observé ni dans l'univers, ni même en laboratoire.

Cette source de rayonnement est intéressante pour comprendre les propriétés de différents matériaux. Elle permet d'assurer une commutation ultrarapide des interactions entre la lumière et la matière, et est donc très utile pour les recherches sur les matériaux ou les capteurs, par exemple. En outre, cette source peut servir de pilote pour d'autres types de rayonnements et repousser les limites de miniaturisation d’une impulsion lumineuse.

« Une impulsion extrêmement intense s'apparente à un énorme tsunami lumineux. L'onde peut extraire un électron d'un atome, en l’accélérant pratiquement à la vitesse de la lumière, ce qui provoque des états quantiques assez exotiques. Nous avons là le commutateur à la fois le plus rapide et le plus puissant, ce qui ouvre la voie à des avancées en matière de recherche fondamentale », précise le Dr Illia Thiele.

Les nouvelles impulsions peuvent servir à sonder et contrôler la matière de manière inédite. Si les impulsions lumineuses à multiples périodes provoquent des changements progressifs des propriétés des matériaux, les impulsions monopériode d'une onde puissante provoquent des réactions soudaines et inattendues.

De nombreux chercheurs dans le monde ont déjà essayé de créer cette source de rayonnement, car elle présente un intérêt majeur pour la communauté des physiciens et des spécialistes de la science des matériaux.

« Notre objectif est maintenant de mettre en œuvre notre dispositif théorique en laboratoire. L’approche permettrait de combler les lacunes du paysage scientifique des sources lumineuses », indique Tünde Fülöp.

Consultez l’article scientifique Electron beam driven generation of frequency-tunable isolated relativistic sub-cycle pulses paru dans la revue Physical Review Letters.

Voici une description plus détaillée du nouveau procédé permettant de créer des impulsions lumineuses de haute intensité

Les chercheurs proposent une méthode pour produire des impulsions lumineuses extrêmement intenses, comportant moins d'une oscillation du champ électromagnétique. Ces impulsions dites sous-cycliques peuvent servir à sonder et contrôler la matière de manière inédite. Les méthodes classiques ne peuvent produire d’impulsions sous-cycliques que pour une puissance de champ limitée : au-dessus d'un certain seuil, le milieu d'amplification serait ionisé par les champs intenses. Les chercheurs proposent d'utiliser un faisceau électronique dans un plasma, insensible au seuil de dégradation, qui servirait de milieu amplificateur pour une impulsion électromagnétique d’amorçage. Pour s'assurer que l'énergie soit transférée entre le faisceau électronique et l'impulsion en produisant une impulsion sous-cyclique, le faisceau doit être introduit selon une phase appropriée de l'oscillation du champ électromagnétique. Cette opération peut être réalisée à l’aide d’un miroir qui réfléchit l'impulsion d'amorçage pendant que le faisceau électronique est injecté. Ce scénario permet d'obtenir une amplification significative de l'impulsion d'amorçage et la formation d'une impulsion sous-cyclique intense et isolée. Avec la possibilité d’obtenir facilement des impulsions d'amorçage de l'ordre du térahertz et des faisceaux électroniques issus d'accélérateurs laser-plasma, il serait possible de produire des impulsions sous-cycliques d’une énergie de quelques millijoules dans l’infrarouge moyen, extrêmement recherchées comme sondes de matière, mais impossibles à produire avec les sources classiques.
 
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