Les lasers intenses éclairent d'un jour nouveau la dynamique électronique des liquides
Un nouvel outil spectroscopique pour étudier les liquides
Le comportement des électrons dans les liquides détermine une vaste gamme de processus chimiques et donc des processus essentiels dans les organismes et le monde dans son ensemble. Mais les mouvements des électrons sont extrêmement difficiles à saisir car ils se déroulent en attosecondes : le domaine des quintillionièmes de seconde. Les lasers avancés fonctionnant désormais à ces échelles de temps, ils peuvent offrir aux scientifiques des aperçus de ces processus ultrarapides par le biais d'une série 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 vient de démontrer qu'il est possible de sonder la dynamique des électrons dans les liquides à l'aide de champs laser intenses et de déterminer le libre parcours moyen des électrons, c'est-à-dire 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, connu sous le nom de spectre harmonique élevé, est nettement différent de celui qui existe dans d'autres phases de la matière, comme les gaz et les solides. Les résultats obtenus par l'équipe ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la dynamique ultrarapide dans les liquides.
L'utilisation de champs laser intenses pour générer des photons de haute énergie, connue sous le nom de génération d'harmoniques élevées (HHG), est une technique très répandue et couramment déployée dans de nombreux domaines scientifiques, par exemple pour sonder le mouvement électronique dans les matériaux ou pour suivre des réactions chimiques dans le temps. La HHG a été largement étudiée dans les gaz et, plus récemment, dans les cristaux, mais à ce jour, on en sait beaucoup moins sur ce phénomène dans les liquides.
L'équipe de recherche suisse-allemande rapporte aujourd'hui dans Nature Physics comment elle a démontré le comportement unique des liquides lorsqu'ils sont irradiés par des lasers intenses. Jusqu'à présent, on ne sait pratiquement rien de ces processus induits par la lumière dans les liquides, ce qui contraste fortement avec les progrès scientifiques récents concernant le comportement des solides sous irradiation. C'est pourquoi l'équipe expérimentale de l'ETH Zurich a mis au point un appareil unique permettant d'étudier spécifiquement l'interaction des liquides avec les lasers intenses. Les chercheurs ont découvert un comportement particulier : l'énergie photonique maximale obtenue par HHG dans les liquides est indépendante de la longueur d'onde du laser. Quel est donc le facteur responsable de cette limite supérieure ?
C'est la question que le groupe de la théorie MPSD s'est efforcé de résoudre. Les chercheurs de Hambourg ont notamment identifié un lien qui n'avait pas été mis en évidence jusqu'à présent. "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", explique Nicolas Tancogne-Dejean, chercheur au MPSD et coauteur de l'étude. "Nous avons pu extraire cette quantité - connue sous le nom de libre parcours moyen effectif des électrons - des données expérimentales grâce à un modèle analytique spécifiquement développé qui tient compte de la diffusion des électrons.
En combinant les résultats expérimentaux et théoriques dans leur étude du HHG dans les liquides, les scientifiques ont non seulement mis en évidence le facteur clé qui détermine la photo-énergie maximale, mais ils ont également réalisé la première expérience de spectroscopie des hautes harmoniques dans les liquides. À faible énergie cinétique, la 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 de la spectroscopie à hautes harmoniques un nouvel outil spectroscopique pour étudier les liquides et constituent donc une étape importante dans la quête de compréhension de la dynamique des électrons dans les liquides.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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