Émission d'électrons sous-cycle optique THz via nanopointe et application à la diffraction d'électrons ultrarapide

 

David Cooke

Université McGill

 

Domaine : techniques, mesures et systèmes

Programme : projet de recherche en équipe

Concours 2017-2018

Ce projet va explorer un nouveau régime d'interactions lumière-matière dans le régime des champs extrêmes pour produire des impulsions d'électrons cohérentes et ultrarapides. Les propriétés uniques de ces impulsions d'électrons vont être utilisées pour développer une nouvelle technique d'imagerie pour observer les mouvements atomiques avec des échelles de temps des femtoseconds (1 fs = 10^-15 s) aux nanosecondes. L'interaction entre une impulsion dans l'infrarouge lointain (dite THz) et une nanopointe métallique produit des champs électriques énormes, de l'ordre de 100 V/nm, qui sont localisés à l'extrémité de la nanopointe.

Ces champs THz amplifiés peuvent éjecter des électrons de la surface métallique et les accélérer à des vitesses quasi-relativistiques sur des distances si courtes que 100 nm. Le faisceau d'électrons ainsi produit possède une cohérence presque parfaite grâce à son émission par un seul point, et peut donc être utilisé dans de nouvelles techniques d'imagerie capables d'observer les mouvements atomiques avec une échelle de temps aussi courte que 100 fs.

En tout, ce projet a trois buts: 1) explorer ce nouveau régime d'interactions lumière-matière ultra-intense dans un système de matière condensée, 2) utiliser les champs THz pour contrôler et caractériser des impulsions d'électrons ultrarapides, et 3) utiliser l'émission d'électrons par THz pour développer un nouvel outil pour l'observation des mouvements atomiques en temps réel. Ce troisième but pourrait mener à un nouvel instrument scientifique compact et peu coûteux qui peut rivaliser des installations d'échelle nationale à coûts élevés, et pourrait révolutionner l'imagerie dynamique d'échelle atomique.