Des lasers intenses jettent un nouvel éclairage sur la dynamique électronique des liquides

Des lasers intenses jettent un nouvel éclairage sur la dynamique électronique des liquides

Horodatage: 28 septembre 2023 10:22 AM
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28 septembre 2023 (Actualités Nanowerk) Le comportement des électrons dans les liquides détermine une vaste gamme de processus chimiques et donc des processus essentiels dans les organismes et dans le monde dans son ensemble. Mais les mouvements des électrons sont extrêmement difficiles à capturer car ils se produisent en attosecondes : le domaine des quintillionièmes de seconde. Étant donné que les lasers avancés fonctionnent désormais à ces échelles de temps, ils peuvent offrir aux scientifiques un aperçu de ces processus ultrarapides via une gamme de techniques. Une équipe internationale de chercheurs de l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) à Hambourg et de l'ETH Zurich a démontré qu'il est possible de sonder la dynamique des électrons dans les liquides à l'aide de champs laser intenses et d'obtenir le libre parcours moyen des électrons. – la distance moyenne qu'un électron peut parcourir avant d'entrer en collision avec une autre particule. Ils ont découvert que le mécanisme par lequel les liquides émettent un spectre lumineux particulier appelé spectre harmonique élevé est nettement différent de celui des autres phases de la matière comme les gaz et les solides. Les découvertes de l’équipe ouvrent la porte à une compréhension plus approfondie de la dynamique ultrarapide des liquides. L’utilisation de champs laser intenses pour générer des photons de haute énergie, connue sous le nom de génération d’harmoniques élevés (HHG), est une technique largement répandue et couramment déployée dans de nombreux domaines scientifiques, par exemple pour sonder le mouvement électronique dans les matériaux ou pour suivre les réactions chimiques dans le temps. Le HHG a été largement étudié dans les gaz et, plus récemment, dans les cristaux, mais à ce jour, on en sait beaucoup moins sur ce phénomène dans les liquides. Une impulsion laser intense (en rouge) frappe un flux de molécules d'eau, induisant une dynamique ultrarapide des électrons dans le liquide Une impulsion laser intense (en rouge) frappe un flux de molécules d'eau, induisant une dynamique ultrarapide des électrons dans le liquide. (Image : Joerg M. Harms / MPSD) L'équipe de recherche suisse-allemande rapporte désormais dans Physique de la nature("Spectroscopie harmonique élevée de la dynamique de diffusion d'électrons à basse énergie dans les liquides") comment il a démontré le comportement unique des liquides lorsqu'ils sont irradiés par des lasers intenses. Jusqu’à présent, on ne sait presque rien de ces processus induits par la lumière dans les liquides – un contraste frappant avec les récents progrès scientifiques sur le comportement des solides en particulier sous irradiation. L'équipe expérimentale de l'ETH Zurich a donc développé un appareil unique pour étudier spécifiquement l'interaction des liquides avec des lasers intenses. Les chercheurs ont découvert un comportement distinctif dans lequel l’énergie photonique maximale obtenue grâce au HHG dans les liquides est indépendante de la longueur d’onde du laser. Alors, quel facteur est responsable de cette limite supérieure ? C’est la question que le groupe MPSD Theory a tenté de résoudre. Surtout, les chercheurs de Hambourg ont identifié un lien qui n’avait pas encore été découvert. "La distance qu'un électron peut parcourir dans le liquide avant d'entrer en collision avec une autre particule est le facteur crucial qui impose un plafond à l'énergie des photons", a déclaré Nicolas Tancogne-Dejean, chercheur au MPSD et co-auteur de l'étude. "Nous avons pu extraire cette quantité - connue sous le nom de libre parcours moyen effectif des électrons - à partir des données expérimentales grâce à un modèle analytique spécialement développé qui prend en compte la diffusion des électrons." En combinant les résultats expérimentaux et théoriques de leur étude des HHG dans les liquides, les scientifiques ont non seulement identifié le facteur clé qui détermine l'énergie photo maximale, mais ils ont également réalisé la première expérience de spectroscopie harmonique élevée dans les liquides. À faible énergie cinétique, région sondée expérimentalement dans cette étude, le libre parcours moyen effectif des électrons est très difficile à mesurer. Par conséquent, les travaux de l’équipe ETZ Zurich / MPSD font du HHG un nouvel outil spectroscopique pour étudier les liquides et constituent donc une étape importante dans la quête de la compréhension de la dynamique des électrons dans les liquides.

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