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La physique entre dans une nouvelle ère avec les impulsions ultra-brèves
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Des impulsions très brèves et très puissantes dans le domaine de l'extrême ultra-violet ont été obtenues par une équipe de chercheurs français via l'excitation d'un plasma par laser. Ces travaux constituent une avancée scientifique fondamentale, doublée d'une prouesse technologique. Exciter un plasma pour générer des salves d’impulsions ultrabrèves parfaitement contrôlées : la petite communauté des spécialistes des lasers ultra-rapides en rêvait, une équipe rassemblant des scientifiques du CNRS, de l’Ensta ParisTech, du CEA et de l’Université Pierre et Marie Curie l’a fait. Elle publie ses travaux dans la revue scientifique Nature Physics.
« Ce travail très intéressant s’inscrit dans une tendance actuelle de notre champ de recherche », commente Yann Mairesse, chargé de recherche au Centre Lasers Intenses et Applications de Bordeaux (33). « Pour observer des phénomènes ultra-rapides comme le mouvement des électrons au sein de la matière, on sait déjà produire des rayonnements lumineux extrêmement brefs dans le domaine de l’attoseconde (un milliardième de milliardième de seconde). Pour ce faire, on excite par laser les électrons d’un gaz. Mais depuis quelques années, de nombreuses équipes s’intéressent à une méthode alternative reposant sur l’excitation d’un plasma, un état de la matière extrêmement chaud et dense, constitué d’ions et d’électrons. Ils espèrent ainsi obtenir des rayonnements encore plus brefs et plus intenses ».
Reste que générer un grand nombre d’impulsions ultrabrèves dont les paramètres sont parfaitement contrôlés n’est pas une mince affaire. Aucune équipe n’y était encore arrivée. Pour y parvenir, les chercheurs ont d’abord développé un laser ultra-performant, permettant d’atteindre des éclairements mille à dix mille fois supérieurs à ceux utilisés dans les milieux gazeux et délivrant un millier d’impulsions identiques par seconde. Ils ont ensuite travaillé sur la focalisation de sa puissance, pour qu’elle se concentre sur une zone d’à peine plus d’un micromètre à la surface d’une cible solide, que le laser transforme en plasma au sein duquel les électrons sont fortement accélérés. Lorsqu’ils traversent le plasma, ils excitent au sein de celui-ci des mouvements collectifs de charges, produisant un puissant rayonnement ultra-bref dans le domaine de l’extrême ultra-violet. Une véritable prouesse technologique, qui devrait permettre de mieux comprendre les processus électroniques dans la matière et peut-être même, à long terme, de les maîtriser.
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