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Session plénière du GDR Ultrafast Phenomena
28‐30 septembre 2016 http://gdrupilm.univ‐lyon1.fr/News.html
Cité internationale universitaire de Paris
http://www.ciup.fr/salon‐honnorat/
Recueil des résumés des présentations orales et posters
2
Le GDR U.P. consacré aux phénomènes ultrarapides a été officiellement créé le 01 janvier
2016 pour une durée de 5 ans. Il rassemble la communauté française des expérimentateurs et
théoriciens sʹintéressant aux phénomènes aux échelles de temps ultrabrèves : attoseconde,
femtoseconde et picoseconde et intervenant dans tous les états de la matière (milieu dilué,
solide, nanométrique, liquide et plasma).
La première réunion du GDR du 28 au 30 septembre 2016 à la Cité Universitaire
Internationale de Paris est une occasion importante de rapprochement entre les équipes
françaises et une démonstration de l’émulation scientifique qui caractérise notre communauté.
Nous vous remercions d’y participer et souhaitons, avec votre aide, une grande réussite
scientifique au GDR U.P.
Bien cordialement,
Franck LÉPINE & Lionel POISSON
Le bureau du GDR Ultrafast Phenomena :
Pascale CHANGENET‐BARRET (LOB), Danielle DOWEK (ISMO), Valérie HALTE (IPCMS),
Lionel POISSON (LIDYL), Patrick MARTIN (CELIA), Phuong Mai DINH (LPT), Lamri ADOUI
(CIMAP), Vincent DEWAELE (LASIR), Jérôme FAURE (LOA) et Franck LÉPINE (ILM)
3
Programme
28septembre201612h00‐14h00 Accueil Café/Lunch box Accueil
14h00‐14h20 Franck Lépine
Lionel Poisson
Bureau du GDR
Ouverture et présentation
du GdR Ultrafast Phenomena
Modérateur : Pascal Ruello Session : Spin & Magnétisme
14h20‐14h40 C. Richter
LPMS
(Cergy‐pontoise)
Femtosecond spin dynamics by photoemission
14h40‐15h00 V. Halté
IPCMS
(Strasbourg)
Dynamique dʹaimantation induite par impulsions lasers fs
dans des nanoparticules magnétiques
15h00‐15h20 J. Luning
LCPMR
(Paris)
Lʹapport des impulsions XUV femtosecondes à lʹétude de la
dynamique dʹaimantation ultrarapide
Modérateur : Philippe Martin Session : Optique ultrarapide
15h20‐15h35 T. Gustavsson
LIDYL
(Saclay)
Présentation du réseau FEMTO
15h35‐15h40 P. Monot
LIDYL
(Saclay)
Offre de temps laser du comité de programme
LOA‐IRAMIS CELIA
15h40‐16h00 C. Spezzani
LPS
(Orsay)
Status report of the OPT2X project: advanced equipment for
ultrafast XUV beamline technology in Paris‐Saclay
16h00‐16h30 Pause café
Modérateur : Agathe Espagne Session : Dichroïsme circulaire
16h30‐16h50 Y. Mairesse
CELIA
(Bordeaux)
Dynamiques ultrarapides de molécules chirales sondées par
dichroisme circulaire de photoélectrons
16h50‐17h10 F. Hache
LOB
(Palaiseau)
Dynamique des G‐quadruplexes dʹADN étudiée par
dichroïsme circulaire résolu en temps
Modérateur : Valérie Véniard Session : Théorie
17h10‐17h30 P‐A. Hervieux
IPCMS
(Strasbourg)
HHG by nonlinear resonant excitation of surface plasmon
modes in metallic nano‐particles
17h30‐17h50 A. de la Lande
LCP
(Paris)
Compétition entre Migration de Charge et Transfert de
Proton Ultrarapide Impliquant l’Espèce H2O°+
17h50‐20h30 Réunion du Bureau
4
29septembre201609h00‐09h30 Accueil café
Modérateur : Dominique Vernhet Session : Dynamique d’ionisation
09h30‐09h50 P. Salières
LIDYL
(Saclay)
Dynamique attoseconde de l’auto‐ionisation
09h50‐10h10 V. Loriot
ILM
(Lyon)
Dynamique attoseconde et femtoseconde dans les HAPs par
imagerie de vitesse
10h10‐10h30 J. Rangama
CIMAP
(Caen)
Fragmentation de dimères de gaz rares : Cartographie de la
collision et processus de relaxation
10h30‐11h00 Pause café
Modérateur : Niloufar shafizadeh Session : Photo‐réactivité en phase diluée
11h00‐11h20 A. Czasch
Roentdek Single particle counting detectors and ultra‐fast phenomena
11h20‐11h40 A. Röder
LIDYL
(Saclay)
Dynamique ultrarapide du radicale benzyle en phase
gazeuse
11h40‐12h00 E. Suraud
LPT
(Toulouse)
Clusters and molecules in extreme light
12h00‐12h20 F. Gatti
ICGM
(Montpellier)
Quantum simulations with laser pulses for tomorrow’s
chemistry
12h20‐14h00 Buffet
Modérateur : Laura Antonucci Session : Sources laser haute cadence
14h00‐14h20 E. Cormier
CELIA
(Bordeaux)
Laser intense à très haute cadence pour l’étude des
phénomènes ultrarapides
14h20‐14h40 N. Forget
FastLite Source infrarouge à haute cadence pour la génération X‐UV
14h40‐15h00 M. Hanna
LCF
(Palaiseau)
Source paramétrique ultrarapide dans lʹinfra‐rouge moyen à
taux de répétition élevé
15h00‐15h30 Pause café
Modérateur : Pascale Changenet‐Barret Session : Dynamique moléculaire en phase liquide
15h30‐15h50 P. Plaza
PASTEUR‐ENS
(Paris)
Etudes par spectroscopie ultrarapide de la réactivité
photoinduite de protéines photoactives
15h50‐16h10 M. Joffre
LOB
(Palaiseau)
Spectroscopie multidimensionnelle infrarouge dans
l’hémoglobine
16h10‐16h30 S. Aloïse
LASIR
(Lille)
The photochemistry of inverse dithienylethene switches
understood
16h30‐19h30 Session poster / Cocktail
5
30septembre201609h00‐09h30 Accueil café
Modérateur : Adeline Bonvalet Session : Cohérence vibrationnelle/rotationnelle
09h30‐09h50 E. Hertz
ICB
(Dijon)
Alignement moléculaire par impulsions laser ultra‐brèves :
production, mesure et applications récentes
09h50‐10h10 J. Leonard
IPCMS
(Strasbourg)
Spectroscopie de Cohérences vibrationnelles en phase liquide
10h10‐10h30 A. Crut
ILM
(Lyon)
Time‐domain investigations of the vibrational and cooling
dynamics of metal and hybrid nano‐objects
10h30‐11h00 Pause café
Modérateur : Patrick Martin Session : Phase condensée
11h00‐11h20 M. Lorenc
IPR
(Rennes)
From molecular switching to material transformation:
revisiting the spin crossover
11h20‐11h40 C. Hynes
PASTEUR‐ENS
(Paris)
Dynamical Disorder in the DNA Hydration Shell
11h40‐12h00 E. Papalazarou
LPS
(Orsay)
Out‐of‐equilibrium electron dynamics in topological matter
12h00‐12h20 B. Chalopin
LCAR
(Toulouse)
Champ fort au bout d’une pointe: nouveaux outils pour la
photoémission et le contrôle cohérent
12h20‐14h00 Buffet
Modérateur : Annie Klisnick Session : Plasma & Haute intensité
14h00‐14h20 F. Quéré
LIDYL
(Palaiseau)
Interaction d’impulsions laser ultra‐intenses avec des plasmas
denses : différents mécanismes d’accélération d’électrons
14h20‐14h40 A. Ricci
SourceLab
SourceLAB : From ultrafast laser to innovative targetry and
new sources of light and particles
14h40‐15h00 F. Courvoisier
Femto‐ST
(Besançon)
Mise en forme spatiale dʹimpulsions femtosecondes:
Filamentation et micro‐explosions dans les solides
15h00‐15h20 J. Faure
LOA
(Palaiseau)
Sources d’électrons ultrabrèves pour la diffraction d’électrons
15h20‐15h30 Cloture
6
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7
Présentations Orales
Femtosecond spin dynamics by photoemission
C. Cacho1, M. Battiato2, A. Crepaldi3, J. Braun4, F. Cilento3, M. Zacchigna3, M. C. Richter6, O.
Heckmann6, E. Springate1, S. S. Dhesi8, M. Grioni9, J. Minar4, F. Parmigiani5, J.‐M. Mariot10, K.
Hricovini6
1 Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Harwell, United Kingdom
2 Institute of Solid State Physics, Vienna University of Technology, Wien, Austria
3 Elettra ‐ Sincrotrone Trieste, Basovizza, Trieste, Italy
4 LMU Munich, Chemistry Department, Germany
5 C.N.R. ‐ I.O.M., Trieste, Italy
6 LPMS, Université de Cergy‐Pontoise, France
8 Diamond Light Source, Chilton, Didcot, Oxfordshire, United Kingdom
9 Institute of Condensed Matter Physics (ICMP), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL),
Lausanne, Switzerland
10 Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, CNRS, LCP–MR, France
We will present studies implying the use of time‐ and spin‐resolved APRES measurements with
samples of two groups of materials of great interest in todayʹs material research: the topological
insulator Bi2Se3 and the half‐metal Fe3O4, both of application potential for spintronic devices.
The samples are optically pumped with infrared photons (fundamental) and probed with the
third or fourth harmonic (4.5 ‐ 6 eV) femtosecond laser radiation in order to explore the
electronic relaxation above the Fermi level in both spin channels. The ARPES measurement is
performed with a spin‐resolved electron Time‐of‐Flight analyser which allows to resolve the
spin of the photoelectrons over a few orders of magnitude on the photoemission signal.
Working in close collaboration with theorists we were able to extract fundamental knowledge
in both cases.
8
Dynamique dʹaimantation induite par impulsions lasers femtosecondes dans des
nanoparticules magnétiques
V. Halté
IPCMS Strasbourg
Nous comparons, dans ce travail, la dynamique d’aimantation d’assemblées de
nanoparticules de Fe3O4 (magnétite) et de �‐Fe203 (maghémite) issues du même bain et oxydées
de manière contrôlée par recuit thermique. Alors que la désaimantation ultrarapide s’opère
après la thermalisation des électrons dans les nanoparticules de magnétite, les deux processus
sont simultanés après le recuit thermique qui les transforme en maghémite. Nous pensons que
cette accélération de la désaimantation dans la phase oxydée de la magnétite est due à un
renforcement du couplage super‐échange anti‐ferromagnétique qui régit le magnétisme dans
ces deux systèmes. Nous montrons ainsi le rôle majeur joué par l’interaction d’échange dans la
désaimantation ultrarapide qui suit l’excitation d’un matériau magnétique par une impulsion
laser sub‐picoseconde.
9
Lʹapport des impulsions XUV femtosecondes à lʹétude de la dynamique dʹaimantation
ultrarapide
J. Luning
LCPMR Paris
10
Présentation du réseau FEMTO
T. Gustavsson
LIDYL Saclay
Offre de temps laser du comité de programme
LOA‐IRAMIS CELIA
P. Monot
LIDYL Saclay
11
Status report of the OPT2X project: advanced equipment for ultrafast
XUV beamline technology in Paris‐Saclay
C. Spezzani (LPS ORSAY) on behalf of the Opt2X consortium:
Danielle Dowek, Charles Bourassin‐Bouchet, Bertrand Carré, Maël Delhinger, Franck Delmotte,
David Dennetiere, Sébastien Derossi, David Garzella, Stefan Haessler, Sophie Kazamias, Annie
Klisnick, Julien Lenfant, Rodrigo Lopez‐Martens, Marino Marsi, Jean‐Michel Mestdagh, Laurent
Nahon, Lionel Poisson, François Polack, Thierry Ruchon, Philippe Zeitoun
The OPT2X project in one of the LIDEX projects of the University of Paris‐Saclay which aims at
providing the Paris Saclay scientific community with advanced experimental instrumentation
for the optimal exploitation of ultrafast laser‐based light sources operating in the XUV range. It
joins the effort of nine different laboratories of the Paris‐Saclay campus, merging an
interdisciplinary expertise that includes high‐level competences on ultra‐short laser‐based light
sources development, ultrafast science applications on solid state, gas phase and plasma
physics, advanced optics and optical methods, synchrotron radiation based technology.
I will report on the recent achievements obtained in the framework of the OPT2X project. In
particular, I will focus on the development of the two XUV beamlines for the ATTOLAB‐FAB10
and LASERIX light sources of the Paris‐Saclay campus.
12
Dynamiques ultrarapides de molécules chirales sondées par dichroisme
circulaire de photoélectrons
Y. Mairesse
CELIA, Université Bordeaux‐CNRS‐CEA
Les molécules chirales existent sous deux formes, nommées énantiomères, qui sont images lʹune
de lʹautre dans un miroir mais non superposables. Deux énantiomères ne peuvent être
distingués quʹà travers leur interaction avec un autre objet chiral. Les processus chimiques
énantiospécifiques jouent un rôle crucial en biologie car de nombreux constituants de base du
vivant sont chiraux.
La compréhension des mécanismes en jeu dans la réactivité chirale requiert de mesurer les
dynamiques de molécules chirales à leurs échelles naturelles, dans le domaine femtoseconde
voire attoseconde. Les impulsions de lumière polarisées circulairement peuvent être
employées pour distinguer deux énantiomères, via des processus chiroptiques.
Cependant, la grande majorité de ces processus est interdite dans lʹapproximation dipolaire
électrique, et ces effets sont donc très faibles. Leur utilisation pour lʹétude de molécules en
phase gaseuse est donc très difficile. Le dichroïsme circulaire de photoélectrons (DCPE) est
une exception à cette règle: cʹest un effet purement dipolaire électrique, et très intense.
Le DCPE émerge lorsquʹun rayonnement polarisé circulairement ionise des molécules chirales.
La distribution angulaire des photoélectrons émis présente une forte asymmétrie selon lʹaxe de
propagation de la lumière. Nous verrons que cet effet peut être observé quel que soit le régime
dʹionisation: un photon, multiphon, ou encore ionisation tunnel. Nous présenterons alors les
résultats dʹune expérience pompe‐sonde dans laquelle nous avons suivi la relaxation dʹun
paquet dʹondes de Rydberg dans une molécule chirale en mesurant le DCPE dépendant du
temps. Le DCPE révèle des dynamiques invisibles dans le spectre de photoélectrons intégré
angulairement, ce qui confirme son intérêt et sa grande sensibilité comme sonde ultrarapide.
13
Dynamics of DNA G‐quadruplex structures by time‐resolved circular dichroism
Marco Schmid, Pascale Changenet‐Barret, and François Hache
Laboratoire dʹOptique et Biosciences,Ecole Polytechnique, CNRS, INSERM ; 91128 Palaiseau cedex,
France
G‐quadruplexes are DNA structures composed of stacked guanine quartets which are
of growing interest due to their prevalence in many important regions, such as telomeres and
regulatory regions of many oncogene promoters [1]. Manipulation and stabilization of these
DNA structures by specific ligands establish a new and promising field of cancer therapeutics.
In this paper, we investigate the folding/unfolding equilibrium of the quadruplex Tel21
(TTA(GGGTTA)3) by time‐resolved absorption and circular dichroism measurements coupled
with a T‐jump experiment [2]. Circular dichroism spectroscopy is performed thanks to an
original technique where a unique pulse serves as probe for the absorption of right and left‐
polarized light, yielding self‐referenced signals.
Directly after heating by a nanosecond IR laser pulse, we observe a decrease in
absorption and circular dichroism which is assigned to quadruplex unfolding. This is followed
by an increase reflecting the refolding dynamics once the temperature jump is over.
Investigations on dynamics for larger time scales are expected to reveal more information and
confirm further our results.
Figure 1 : Change in absorption and circular dichroism of Tel21 at 293 nm following a 5°C
temperature jump.
[1] J. Huppert, Phil. Trans. R. Soc. A 365, 2969 (2007).
[2] L. Mendonça, A. Steinbacher, R. Bouganne, F. Hache, J. Phys. Chem. B 118, 5350 (201
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
Abs
Cha
nge
(x 1
00),
CD
(
L x
100
0)
Time (ms)
14
High‐harmonic generation by nonlinear resonant excitation of surface plasmon modes in
metallic nanoparticles
P.A. Hervieux
IPCMS Strasbourg
The nonlinear electron dynamics in metallic nanoparticles is studied using a hydrodynamic
model that incorporates most quantum many‐body features, including spill‐out and nonlocal
effects as well as electron exchange and correlations. We show that, by irradiating the
nanoparticle with a chirped laser pulse of modest intensity (autoresonance), it is possible to
drive the electron dynamics far into the nonlinear regime, leading to enhanced energy
absorption and complete ionization of the nanoparticle on a time scale of the order of 100 fs. The
accompanying radiated power spectrum is rich in high‐order harmonics.
15
Compétition entre Migration de Charge et Transfert de Proton Ultrarapide Impliquant
l’Espèce H2O°+
Karwan Ali Omar, Aurélien de la Lande
Laboratoire de Chimie Physique, Université Paris‐Sud, CNRS, Université Paris Saclay
Le cation radical H2O°+ est la première espèce produite lors de lʹinteraction entre rayons
ionisants et milieux aqueux. Cette espèce a une durée de vie extrêmement courte allant de
quelques dizaines à quelques centaines de femtosecondes selon les études. La voie réactive
communément admise est celle de la perte dʹun proton pour donner le radical hydroxyle HO°,
le proton étant quant à lui capté par une molécule dʹeau pour donner le cation hydronium H3O+.
Dans cette présentation je présenterai des résultats de simulations numériques de la dynamique
de lʹeau ionisée au voisinage dʹune molécule de benzène. La démarche suivie repose dʹune part
sur la réalisation de simulations de dynamique électronique attoseconde par des techniques de
TDDFT (Time‐Dependent Density Functional Theory), et dʹautre part sur la réalisation de
dynamique moléculaire de type Born‐Oppenheimer. Cette étude a pour objectif dʹétudier la
compétition entre le transfert de proton susmentionné et la réaction dʹoxydation du benzène par
H2O°+. Nous montrons que lʹétape de transfert dʹélectron est intimement liée à lʹétat de
délocalisation de la lacune électronique.
16
Dynamique attoseconde de l’auto‐ionisation
V. Gruson1, L. Barreau1, À. Jiménez‐Galan2, F. Risoud4, J. Caillat4, A. Maquet4, B. Carré1, F.
Lepetit1, J‐F. Hergott1, T. Ruchon1, L. Argenti2, R. Taïeb4, F. Martin2,3, P. Salières1*
1 LIDYL, CEA, CNRS, Université Paris‐Saclay, CEA Saclay, 91191 Gif‐Sur‐Yvette, France.
2 Departamento de Quimica, Modulo 13, Universidad Autonoma de Madrid, 28049 Madrid, Spain.
3 Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia, Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain.
4 Sorbonne Université, UPMC Université Paris 6, UMR 7614, LCPMR, 11 rue Pierre et Marie Curie 75231
Paris Cedex 05, France and CNRS, UMR 7614, LCPMR, Paris, France.
L’amplitude et la phase des paquets d’ondes sont les informations nécessaires pour accéder à
la dynamique des systèmes quantiques. Cependant, une caractérisation directe dans le domaine
temporel est hors d’atteinte pour les dynamiques électroniques ultrarapides, en particulier
celles reliées à la photoionization résonnante. Les développements récents de la spectroscopie
attoseconde sur les plans théorique [1, 2] et expérimental [3] ont ouvert la possibilité d’étudier
ces dynamiques. Nous montrons que l’interférométrie électronique résolue spectralement permet la
mesure complète de l’amplitude et de la phase d’un paquet d’ondes électronique créé au
voisinage d’une résonance d’auto‐ionisation dans l’hélium [4]. Des répliques du paquet
résonnant, obtenues par transition à deux photons, interfèrent avec des paquets d’onde de
référence formés dans le continuum ‘plat’, permettant la reconstruction temporelle directe du
paquet résonnant émis dans le continuum. Ceci permet ensuite d’accéder à la façon dont
la résonance d’auto‐ionisation se construit à l’échelle attoseconde par une analyse temps‐
fréquence basée sur la Transformée de Fourier limitée [1]: , /
(1) montrant comment le spectre se construit jusqu’au temps d’accumulation . Nos résultats,
en excellent accord avec les simulations, ouvrent la perspective à la fois d’études détaillées de la
dynamique de photoémission gouvernée par les corrélations électroniques, et le contrôle
cohérent de paquets d’ondes électroniques ‘structurés’.
Figure 1. Reconstruction expérimentale de l’évolution temporelle
de la résonance de Fano de l’hélium 2s2p à l’aide de
l’interférométrie électronique résolue spectralement. Le spectre
d’énergie des photoélectrons est tracé en fonction du temps
d’accumulation utilisé pour la Transformée de Fourier inverse.
L’évolution du spectre est tracée pour variant de ‐10 fs à 20 fs avec ∆ = 1 fs. La chronologie de la formation de la résonance
peut être interprétée dans le formalisme de Fano : jusqu’à ~3 fs
(bleu), un spectre Gaussien émerge, reflétant la forme spectrale du
rayonnement attoseconde utilisé pour ioniser : la transition directe
vers le continuum domine. Ensuite, le chemin résonnant
commence à contribuer lorsque l’état doublement excité 2s2p se
désexcite dans le continuum (durée de vie : 17 fs): des interférences
spectrales se construisent jusqu’à ~20 fs, convergeant vers un profil
de raie asymétrique caractéristique du profil de Fano.
[1] Wickenhauser M et al 2005 Phys. Rev. Lett. 94, 023002
[2] Jiménez‐Galán A et al 2014 Phys. Rev. Lett. 113, 263001
[3] Kotur M et al 2016 Nat. Commun. 7, 10566
[4] Gruson V, Barreau L et al 2016 Science, in press
17
Dynamiques attosecondes et femtosecondes dans les PAHs
V. Loriot, A. Marciniak, G. Karras, C. Bordas, F. Catoire, L. Quintard, E. Constant et F. Lépine
ILM, Institut Lumière Matière, Univ. Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, F‐69622,
VILLEURBANNE, France
Nous présenterons la ligne de lumière de l’ILM permettant de résoudre temporellement
des dynamiques de molécules complexes (telles que les PAH) induites par un train
d’impulsions UVX attosecondes et sondées par une impulsion courte infrarouge. Plusieurs
mécanismes ont été isolés à travers la mesure de différentes observables comme le rendement
d’ions ou la distribution de vitesses des photoélectrons résolus aux échelles de temps
femtosecondes et attosecondes. Cette présentation regroupera les dernières avancées obtenues
sur les mécanismes de relaxation non‐adiabatique des PAH photoexcités dans l’UVX ainsi que
des mesures de phases de diffusion à l’échelle attoseconde. Ce type dʹapproche ouvre de
nouvelles perspectives à travers l’utilisation des impulsions ultracourtes UVX dans le domaine
de la physique moléculaire attoseconde.
18
Fragmentation de dimères de gaz rares : Cartographie de la collision et processus de
relaxation
J. Rangama
CIMAP Caen
Single particle counting detectors and ultra‐fast phenomena
A. Czasch
Roentdek
19
Dynamique des radicaux isolés en échelle femtoseconde
Anja Röder1, Lionel Poisson2, Ingo Fischer1, Roland Mitric1, Alexander Humeniuk1
1University of Wuerzburg, Am Hubland Süd 97074 Wuerzburg, Germany
2CEA, Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers-Bât 522 91191 Gif-sur-Yvette, France [email protected]
Les radicaux sont des intermédiaires importantes dans la combustion [1] et ils sont également impliqués dans la formation des hydrocarbures aromatiques polycycliques(HAP), qui sont des précurseurs de suie. [2] Vu qu’ils sont thermodynamiquement stables et cinétiquement instable, ils jouent un rôle important dans la formation des molécules complexes dans l’espace et dans les nuages galactiques. [3]
Les radicaux sont produits à partir du précurseur nitrite via pyrolyse et ils sont ensuite examinés en phase gazeuse en faisant des expériences pompe-sonde résolue en échelle femtoseconde. Utilisant la spectroscopie de masse et la spectroscopie de photoélectrons permet d’examiner la durée de vie des états excités de ces radicaux.
Figure 1: Production du radical benzyle via pyrolyse
Le radical benzyle a été excite dans l’état D9 par un laser fs à 265 nm et ionisé ensuite soit par un laser de sonde à 798 nm ou à 398 nm. Les spectres de masses obtenu avec la sonde à 798 nm montrent deux temps de déclin (τ1= 80 fs; τ2=1.5 ps), contrairement aux spectres de masse obtenu avec une sonde de 398 nm, qui montrent qu’un temps de déclin (τ1= 80 fs).
Les spectres de photoélectrons obtenu avec une sonde de 798 nm montrent, autre que les mêmes temps de déclins que les spectres de masse, un spectre d’empreinte de Rydberg. Ce spectre correspond à une série P. Avec 398 nm comme sonde on observe qu’un seul pic avec une dépendance temporelle.
Ces résultats peuvent être expliques en se basant sur des calculs théoriques effectués par la groupe de R. Mitric (Würzburg). Ils postulent une dépopulation rapide du D9 qui correspond au déphasage du paquet d’onde, qui ensuite se transfère plus lentement dans les état D1/D2. Vu que les spectres obtenus avec le laser 798 nm comme sonde sont des spectres issus d’une ionisation multiphotonique, l’énergie totale déposée est supérieure à celle d’une sonde à 398 nm, ce qui permet de d’observer le déclin d’états plus profonds.
.
Figure 2: Spectres de photoélectrons avec un laser de sonde à 798 nm (gauche) et à 398 nm (droit)
[1] Miller, J.A.; Kee, R.J.; Westbrook, C.K. Annu. Rev. Phys. Chem 1990, 41, 345 [2] Kohse-Höinghaus K.; Atakan B., Kasper T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2002 4 2056-2062
[3] Herbst E. Chem. Soc. Rev. 2001, 30, 168
20
Clusters and molecules in extreme light
P. M. Dinh1, P. G. Reinhard2, E. Suraud 1;3
1Laboratoire de Physique Théorique, UMR 5152, Université Paul Sabatier, 118 route de Narbonne,
F‐31062 Toulouse Cedex, France 2Institut für Theoretische Physik, Universität Erlangen Staudtstr. 7, D‐91058 Erlangen, Germany
3Physics Department, SUNY, University at Buffalo, Buffalo NY, USA
The progress in laser technology over the last decades has opened up new avenues for the
exploration of properties of clusters and molecules. A laser pulse is characterized by its
frequency but also by the laser intensity as well as the laser time profile. While for years the
variations of these parameters were heavily constrained by technology, the last two decades
and even more so the last years have seen tremendous increases in the range of attainable
parameters. This is true for intensity, which since the 1990ʹs can reach huge values which can
lead to very large energy deposits and possibly violent disintegration of the irradiated species.
But this is also true for the tuning of the time profile which can now be tailored up to time
scales of the order of magnitude of electronic motion and even below. This allows the follow up
of the detail of electronic dynamics at its own ʺnaturalʺ time. The latest breaktroughs were
attained in terms of laser frequency with the ongoing possibility of reaching very large
frequencies up the X domain. This opens up new possibilities of imaging which are
progressively being explored.
We shall discuss some of these directions of investigation, taking examples in cluster and
molecular physics. We shall especially discuss the case of high intensity and short time pulses
for which a sizable amount of results have already been attained. We shall also discuss in detail
the case of very short times (attoseconds) which are becoming more and more studied.
[1] Mechanisms of cluster ionization in strong laser pulses, U. Saalmann, C. Siedschlag,, J. M. Rost, J. Phys. B 39
(2006) R39.
[2] Non linear electron dynamics in metal clusters, F. Calvayrac, P. G. Reinhard, E. Suraud, C. Ullrich, Phys.
Reports 337(2000)493‐578
[3] Laser‐driven nonlinear cluster dynamics, Th. Fennel, K.‐H. Meiwes‐Broer, J. Tiggesbumker, P.‐G. Reinhard, P.
M. Dinh, E. Suraud, Rev. Mod. Phys. 82 (2010) 1793
[4] Probing Time‐Dependent Molecular Dipoles on the Attosecond Time Scale, C. Neidel et al Phys.Rev. Lett 111
(2013) 033001.
21
Quantum simulations with laser pulses for tomorrow’s chemistry
F. Gatti
CTMM Institut Charles Gerhardt UMR‐CNRS 5253 University of Montpellier, France.
With the advent of femtochemistry and attospectrocopy [1,2] and the possibility to align
molecules with laser pulses, it becomes possible to measure and control the most subtle
quantum effects in molecules [3]. This opens the door for very important technological
applications on the long term, a ”tomorrow’s chemistry” working at the most elementary level
of chemical processes and based on quantum superposition [4].
We present several simulations with the Multi‐Configuration Time‐Dependent Hartree
(MCTDH) approach [5,6]. MCTDH is a general algorithm to solve the time‐dependent
Schrödinger equation for multidimensional dynamical systems consisting of distinguishable
particles. MCTDH can thus determine the quantal motion of the nuclei of a molecular system
evolving on one or several coupled electronic potential energy surfaces.
We present applications of control of elementary chemical processes with laser pulses for the
coupled motion of electrons and nuclei.
[1] M. F. Kling, C. Siedschlag, A. J. Verhoef, J. I. Khan, M. Schultze, T. Uphues, Y. Ni, M. Uiberacker, M. Drescher,
F. Krausz, and M. J. J. Vrakking. Control of electron localization in molecular dissociation. Science 312 (2006), 246.
[2] P. B. Corkum and F. Krausz. Attosecond science. Nat. Photon. 3 (2007), 381.
[3] C. B. Madsen, L. B. Madsen, S. S. Viftrup, M. P. Johansson, T. B. Poulsen, L. Holmegaard, V. Kumarappan, K.A.
Jorgensen, and H. Stapelfeldt. Manipulating the torsion of molecules by strong laser pulses. Phys. Rev. Lett. 102
(2009), 073007.
[4] ”Molecular Quantum Dynamics. From Theory to Applications” in Physical Chemistry in Action Ed. Springer
Verlag 2014. Editor : F. Gatti.
[5] H.‐D. Meyer, F. Gatti, and G. Worth, Multidimensional Quantum Dynamics: MCTDH Theory and Applications
Wiley‐VCH, 2009.
[6] See http://www.pci.uni‐heidelberg.de/tc/usr/mctdh/
22
Laser intense à très haute cadence pour l’étude des phénomènes ultrarapides
E. Cormier
CELIA Bordeaux
Source infrarouge à haute cadence pour la génération X‐UV
N. Forget
FastLite
Source paramétrique ultrarapide dans lʹinfra‐rouge moyen à taux de répétition élevé
M. Hanna
LCF Palaiseau
23
Etudes par spectroscopie ultrarapide de la réactivité photoinduite de protéines photoactives
Pascal Plaza,1,2 Ryan Martin,1,2 Agathe Espagne,1,2 Nadia Dozova,1,2 Dheerendra Yadav,1,2 Junpei
Yamamoto,3 Pavel Müller,4 Klaus Brettel,4 Fabrice Rappaport5
1 Ecole normale supérieure, PSL Research University, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Département de
Chimie, PASTEUR, 24, rue Lhomond, 75005 Paris, France
2 Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, ENS, CNRS, PASTEUR, 75005 Paris, France
3 Graduate School of Engineering Science, Osaka University, 1‐3 Machikaneyama, Toyonaka, Osaka 560‐
8531, Japan
4 Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), CEA, CNRS, Univ Paris‐Sud, Université Paris‐
Saclay, 91198 Gif‐sur‐Yvette cedex, France
5 UMR7141, Institut de Biologie Physico‐Chimique, 13, rue Pierre et Marie Curie, 75005 Paris, France
Pour illustrer lʹactivité de recherche de lʹéquipe de photochimie ultrarapide au département
de chimie de lʹENS, on rapportera des travaux récents concernant lʹélucidation des mécanismes
primaires de photoactivation de deux protéines photoactives, une photolyase de type (6‐4) et et
la protéine fluorescente photocommutable Dronpa. La technique dʹinvestigation principalement
employée est la spectroscopie dʹabsorption transitoire en bande large, dans la région optique,
avec une résolution temporelle de lʹordre de la centaine de femtosecondes.
Les lésions de lʹADN induites par le rayonnement UV (principalement dimères cyclobutane de
pyrimidines et photoproduits dits (6‐4)) peuvent dans beaucoup dʹorganismes être
photoréparées par des flavoenzymes nommées photolyases. Pour que la photoréparation puisse
se produire, il est indispensable que le cofacteur FAD (flavine
adénine dinucléotide) soit sous sa forme entièrement réduite
(FADH–). Si cela nʹest pas le cas, une réaction photoinduite
secondaire et indépendante de la photoréparation, appelée
photoactivation, est capable de réduire la flavine oxydée dans
sa forme catalytiquement active. Nous avons spécifiquement étudié cette photoréduction pour
la photolyase (6‐4) de X. laevis. Le mécanisme réactionnel putatif est un transfert dʹélectron en
série le long dʹune chaîne de résidus tryptophane. Un effort particulier a été consacré à la
distinction spectroscopique entre espèces identiques (radicaux tryptophanyle) mais
différemment orientées, grâce à des mesures dʹanisotropie dʹabsorption transitoire.
Dronpa est une protéine fluorescente photochrome, structurellement analogue à la GFP mais
susceptible dʹêtre photocommutée de nombreuses fois entre un
fluorescent (ON) et un état non‐fluorescent (OFF). Les protéines de
ce type sont notamment très prometteuses en tant que sondes pour
la microscopie de super‐résolution (PALM...). Des structures
cristallographiques ont montré que la photocommutation de Dronpa
repose sur une isomérisation cis‐trans du chromophore,
accompagnée dʹune protonation/déprotonation de celui‐ci. Nous
avons étudié le mécanisme et la dynamique de la photoactivation de Dronpa, cʹest‐à‐dire de la
24
photoconversion de OFF (trans protoné) à ON (cis déprotoné), sur une échelle de temps allant
de la centaine de femtosecondes aux millisecondes. Après le déclin de lʹétat excité dans le
régime picoseconde, nous avons observé une espèce transitoire portant la signature dʹun
isomère cis du chromophore à lʹétat fondamental, non encore déprotoné. Nous avons ensuite
montré que la déprotonation finale du chromophore, aboutissant à la formation de lʹétat ON, se
produit dans le régime microseconde.
25
Spectroscopie multidimensionnelle infrarouge dans l’hémoglobine
Vincent Kemlin(1) , Adeline Bonvalet(1) , Cyril Falvo(2) , Christoph Meier(3) , Louis Daniault(1) ,
Thibault Vieille(1) , Jean‐Christophe Lambry(1) , Marten H. Vos(1) , Manuel Joffre(1)
(1) LOB, Ecole Polytechnique, CNRS, INSERM, Univ. Paris‐Saclay, 91128 Palaiseau, France
(2) ISMO, Univ. Paris‐Sud, CNRS, Univ. Paris‐Saclay, 91405 Orsay, France (3) LCAR, IRSAMC, Univ. Paul Sabatier, CNRS, 31062 Toulouse, France
La spectroscopie multidimensionnelle dans les domaines de l’infrarouge et du visible constitue
une transposition au domaine optique de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) à deux
dimensions, en vue de sonder des processus vibrationnels et électroniques [1]. Comme en RMN,
une approche de spectroscopie par transformée de Fourier permet de résoudre le spectre
d’excitation d’un système, tout en mesurant simultanément son spectre de transmission, afin
d’établir des corrélations révélant d’éventuels couplages. La mise en oeuvre expérimentale peut
ainsi être réalisée en insérant un simple interféromètre sur le bras de pompe d’une expérience
pompe‐sonde [2]. Après une description des concepts à la base de la spectroscopie
multidimensionnelle et de la mise en oeuvre expérimentale dans le cas du domaine infrarouge,
nous présenterons une application à l’étude de la carboxy‐hémoglobine [3, 5].
Fig. 1. Spectre 2DIR obtenu dans HbCO (à gauche) comparé à une simulation numérique (à droite).
Extrait de [3].
D’une part, nos résultats (Fig. 1) montrent un très bon accord entre la mesure expérimentale à l’équilibre
et une méthode numérique hybride quantique/classique permettant de rendre compte de l’effet des
fluctuations structurelles de la protéine sur la réponse infrarouge du ligand considéré [3]. D’autre part,
en combinaison avec une excitation préalable du système par ascension vibrationnelle [4], la
spectroscopie 2DIR hors d’équilibre constitue une nouvelle méthode d’étude de la relaxation
vibrationnelle dans des régions largement inexplorées de la surface de potentiel (Fig. 2).
Fig. 2. Série de spectres 2DIR mesurés dans une échelle vibrationnelle hors d’équilibre peuplée par
ascension vibrationnelle à l’aide d’une impulsion infrarouge à dérive de fréquence, pour différentes
valeurs du retard T entre la dernière impulsion de pompe et l’impulsion sonde. Les différents pics sont
répartis sur une grille en raison de l’anharmonicité du potentiel, ce qui permet d’identifier les transitions
vibrationnelles impliquées. Le changement de signe des pics observés à droite de la diagonale illustre la
relaxation vibrationnelle des différents niveaux. Extrait de [5]
26
[1] J. P. Ogilvie, K. J. Kubarych, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 57, 249 (2009).
[2] L. P. DeFlores, R. A. Nicodemus, A. Tokmakoff, Opt. Lett. 32, 2966‐2968 (2007).
[3] C. Falvo, L. Daniault, T. Vieille, V. Kemlin, J.‐C. Lambry, C. Meier, M.H. Vos, A. Bonvalet, M. Joffre, J. Phys.
Chem. Lett. 6, 2216‐2222 (2015).
[4] C. Ventalon, J.M. Fraser, M.H. Vos, A. Alexandrou, J.‐L. Martin, M. Joffre, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 13216
(2004).
[5] V. Kemlin, A. Bonvalet, L. Daniault, M. Joffre, J. Phys. Chem. Lett. 7, 3377‐3382 (2016)
27
The photochemistry of inverse dithienylethene switches understood
S. Aloïse
LASIR Lille
28
Alignement moléculaire par impulsions laser ultra‐brèves : production, mesure et
applications récentes
E. Hertz
ICB Dijon
L’interaction entre un échantillon moléculaire et une impulsion laser ultra‐brève intense
conduit, après le passage de l’impulsion, à des réalignements périodiques et transitoires des
molécules. Parmi les différentes stratégies de contrôle développées ces dernières années,
l’alignement moléculaire dans ce régime post‐impulsionnel ou field–free a fait l’objet d’un intérêt
particulièrement important. Sa première mise en évidence expérimentale en 2001 [1] a été
accompagnée de nombreux travaux ayant reporté son utilisation dans des domaines
d’applications très variés : diagnostiques optiques, réactions photo‐chimiques, optique non
linéaire, filamentation laser… Après une brève introduction du phénomène, l’exposé se
focalisera sur deux champs d’investigation explorés actuellement dans l’équipe: la production
de rotation moléculaire unidirectionnelle [2] et le contrôle de la polarisation de champs
harmoniques [3].
[1] F. Rosca‐Pruna, M. J. J. Vrakking PRL 87, 153902‐1 (2001)
[2] G. Karras, M. Ndong, E. Hertz, D. Sugny, F. Billard, B. Lavorel, O. Faucher PRL 114, 103001(2015)
[3] J. Houzet, E. Hertz, F. Billard, B. Lavorel, and O. Faucher, Phys. Rev. A 88, 023859 (2013)
29
Spectroscopie de cohérences vibrationnelles et photoréactivité en phase liquide
Moussa Gueye, Stefan Haacke, Jérémie Léonard.
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg & Labex NIE, Université de
Strasbourg, CNRS UMR 7504, Strasbourg, France
La photoisomérisation d’une double liaison C=C est une photoréaction qui convertit l’énergie
lumineuse en énergie mécanique à l’échelle moléculaire. Dans la rhodopsine (Rho),
photodétecteur de la vision chez les vertébrés, la photoisomérisation du rétinal, qui active la
fonction biologique, est très rapide et son rendement quantique est élevé (67%). Il est
remarquable que cette photoréaction est également vibrationnellement cohérente. Cela signifie
que le mouvement de rotation autour de la double liaison est balistique, décrit par un paquet
d’onde vibrationnel qui conduit le système moléculaire à travers une « intersection conique »
entre les surfaces d’énergie potentielle électronique des états excité et fondamental
(photoproduit). La conversion photomécanique se fait sur une échelle de temps plus rapide que
la dissipation d’énergie vers le bain thermique et le rendement est contrôlé par la phase de
certains modes vibrationnels au passage de l’intersection conique.[1]
Nous étudions le mécanisme de photoisomérisation, en solution, de composés synthétiques
dérivés du « N‐alkylated indanylidene–pyrrolinium » (NAIP), dont la structure électronique est
inspirée du rétinal dans la Rho.[2] Certaines de ces molécules reproduisent une photoréaction
très rapide et vibrationnellement cohérente, mais n’ont un rendement que de 20 à 35%. [3, 4]
Tout comme les protéines de rétinal elles sont des systèmes moléculaires modèles pour étudier
la photophysique des intersections coniques au voisinage desquelles l’approximation de Born‐
Oppenheimer s’écroule et la transition électronique entre l’état excité et le photoproduit est
contrôlée par la dynamique vibrationnelle.
Nous avons récemment construit un nouveau montage d’absorption transitoire [5] qui utilise
une impulsion sub‐8fs, centrée à 400 nm, comme pompe permettant d’exciter impulsivement
des paquets d’onde vibrationnels dans tous les états électroniques optiquement couplés. Un
supercontinuum de lumière blanche (300‐900nm) est utilisé pour sonder les signatures de ces
paquets d’ondes au cours de la photoréaction. Il s’agit donc d’une spectroscopie de cohérences
vibrationnelles qui est en réalité une spectroscopie Raman réalisée dans le domaine temporel
plutôt que spectral.
Grâce à cette expérience nous avons pu apporter la preuve expérimentale définitive que la
photoréaction de certains des composés NAIP est vibrationnellement cohérente: un paquet
d’onde vibrationnel, créé par le mouvement réactionnel sur la surface de l’état excité, conduit le
système à travers l’intersection conique, et continue d’osciller dans l’état fondamental du
photoproduit avant complète dissipation (<1 ps). De plus nous observons que seuls les NAIP
dont la double liaison dans l’état fondamental est pre‐contrainte plutôt que plane, réalisent cette
photoréaction vibrationnellement cohérente. Ces observations indiquent qu’il est possible de
reproduire, dans des systèmes synthétiques en solution, une photoréaction qui maintienne la
phase des modes vibrationnels jusqu’au photoproduit. Le contrôle de la phase de certains de
ces modes pourrait donc permettre d’optimiser le rendement de la photoréaction, comme dans
la Rho.
30
1. Schapiro, I., M.N. Ryazantsev, L.M. Frutos, N. Ferre, R. Lindh, et al., ʺThe Ultrafast Photoisomerizations of
Rhodopsin and Bathorhodopsin Are Modulated by Bond Length Alternation and HOOP Driven Electronic
Effectsʺ. J. Am. Chem. Soc. 133, 3354‐3364 (2011).
2. Sinicropi, A., E. Martin, M. Ryazantsev, J. Helbing, J. Briand, et al., ʺAn artificial molecular switch that mimics
the visual pigment and completes its photocycle in picosecondsʺ. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 105, 17642‐17647
(2008).
3. Briand, J., O. Braem, J. Rehault, J. Leonard, A. Cannizzo, et al., ʺCoherent ultrafast torsional motion and
isomerization of a biomimetic dipolar photoswitchʺ. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 3178‐3187 (2010).
4. Léonard, J., I. Schapiro, J. Briand, S. Fusi, R.R. Paccani, et al., ʺMechanistic Origin of the Vibrational Coherence
Accompanying the Photoreaction of Biomimetic Molecular Switchesʺ. Chem. A Eur. J. 18, 15296‐15304 (2012).
5. Gueye, M., J. Nillon, O. Crégut and J. Léonard, ʺBroadband UV‐Vis vibrational coherence spectrometer based on
a hollow fiber compressorʺ. Rev. Sci. Instrum. 86, (2016), in press, DOI: 10.1063/1.4962699
31
Time‐domain investigations of the vibrational and cooling dynamics of metal and hybrid
nano‐objects
Aurélien Crut, Tatjana Stoll, Denis Mongin, Vincent Juvé, Paolo Maioli, Fabrice Vallée and
Natalia Del Fatti
FemtoNanoOptics Group, institut Lumière Matière, CNRS‐Université Lyon 1, Université de Lyon,
Villeurbanne, France
Nano‐objects exhibit discrete vibrational modes, which can be monitored in the time
domain using ultrafast optical pump‐probe spectroscopy. Their study enables fundamental
investigations of acoustics at the nanoscale, characterization of the mechanical response of
nano‐objects and design of artificial nanoresonators with frequencies reaching the THz domain.
The most striking result of experiments performed on assemblies of small metal nanoparticles
or clusters has been the quantitative agreement of the experimentally measured vibrational
periods with those computed with a macroscopic elastic model, using bulk elastic constants, a
result subsequently confirmed by atomistic simulations. The effect of an inhomogeneous nano‐
object environment has also been addressed both experimentally and theoretically by
considering spherical or elongated nano‐objects encapsulated in metal or dielectric shells.
Additionally, understanding of vibrational damping is currently emerging thanks to the
realization of time‐resolved spectroscopy experiments on single nanoparticles, which avoids the
spurious inhomogeneous effects affecting ensemble measurements.
Time‐resolved signals acquired on colloidal or glass‐embedded metal nanoparticles also
present a signature of their thermal dynamics, i.e. initial heating by the ultrafast pump pulse
and subsequent cooling by energy transfer to the environment. The cooling dynamics of such
nanoparticles fundamentally differ from those of macroscopic objects due to the increased role
played by Kapitza interface resistances. These thermal resistances can be deduced from the
analysis of time‐resolved signals, at the condition of carefully quantifying the environment
contribution to these signals and using a complete thermal model accounting for both heat
transfer at the particle‐environment interface and heat diffusion in the surroundings.
32
From molecular switching to material transformation: revisiting the spin crossover
Maciej Lorenc
Institut de Physique de Rennes (IPR), Université de Rennes 1, France ,
maciej.lorenc@univ‐rennes1.fr
The general excitement born out of the ultrafast clock caused rush of new ideas, new
materials, and new instruments. One feat in particular has been draining a lot of effort, namely
the control of materials with an ultrashort laser pulse. There is ample evidence now that
materials can be directed between different macroscopic states by using appropriate electronic,
or structural, excitations. The switching with a laser pulse of such materials can severely change
their macroscopic properties (electric conductivity, magnetism, colour, etc.), whereby emerging
cooperativity and coherence of different degrees of freedom underpin the resulting phase
transitions of various sorts. However, the pertinent time scales for photo‐switching processes in
materials have been rather difficult to scrutinise. The pioneering investigations dealt mainly
with the electron/phonon dynamics immediately following the femtosecond excitation, or the
kinetics of recovery to the thermally stable states. Time‐resolved X‐ray diffraction and ultrafast
VIS‐IR spectroscopy reveal that the degrees of freedom triggered by a femtosecond laser pulse
in a spin‐crossover (SCO) material follow a sequence in the out‐of‐equilibrium dynamics. Those
steps dissected in time, provided a mechanistic picture of a material transformation driven
under different regimes (coherent or stochastic).
[1] Lorenc M. et al., Successive Dynamical Steps of Photoinduced Switching of a Molecular Fe(III) Spin‐Crossover
Material by Time‐Resolved X‐Ray Diffraction, Phys. Rev. Lett. 103, 028301 (2009)
[2] Cailleau H. et al., Impacting Materials by Light and Seeing their Structural Dynamics, Eur. Phys. J. Special
Topics 222, 1077 (2013)
[3] Cammarata M. et al., Sequential Activation of Molecular Breathing and Bending during Spin‐Crossover
Photoswitching Revealed by Femtosecond Optical and X‐Ray Absorption Spectroscopy, Phys. Rev. Lett. 113,
227402 (2014)
[4] Bertoni R. et al., Elastically Driven Cooperative Response of a Molecular Material Impacted by a Laser Pulse,
Nature Mater. 15, 606 (2016)
33
Dynamical Disorder in the DNA Hydration Shell
C. Hynes
PASTEUR‐ENS Paris
34
Out‐of‐equilibrium electron dynamics in topological matter
E. Papalazarou1, L. Khalil12, M. Caputo1, N. Nilforoushan1, L. Perfetti3, M. Marsi1
1Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Univ. Paris‐Sud, Université Paris‐Saclay, 91405 Orsay
Cedex, France 2Synchrotron SOLEIL, Saint Aubin BP 48, Gif‐sur‐Yvette F‐91192, France
3Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole Polytechnique, CNRS, CEA, Université Paris‐Saclay, 91128
Palaiseau cedex, France
In the recent years, the topological phases of matter have been in focus of intense theoretical
and experimental studies. The generic features of these phases are: they possess topologically
protected surface states and their order can be described by topological invariants that are
insensitive to smooth changes in the system parameters.
Among these phases three‐dimensional topological insulators exhibit a great attention because
they possess a band gap in the bulk and conducting surface states. Carriers occupying these
surface states are highly protected by time‐reversal symmetry leading to a substantial
suppression of back‐scattering and to a robust helical spin texture.
Using femtosecond time‐ and angle‐resolved photoelectron spectroscopy we reveal the out‐of‐
equilibrium electron dynamics of topologically protected surface states. We show that the
interplay of surface and bulk transient carrier dynamics in a photo‐excited topological insulator
compound may alter the balance between electrons and holes in Dirac surface states. This can
result to an unusually long‐lived population of hot massless Dirac fermions following
femtosecond optical photo‐excitation.
35
Champ fort au bout d’une pointe: nouveaux outils pour la photoémission et le contrôle
cohérent.
B. Chalopin
LCAR Toulouse
L’interaction d’impulsions laser ultra‐courtes avec des nanopointes métalliques permet
d’étudier plusieurs régimes de photoémission d’électrons qui peuvent être mis en évidence
grâce à leur signature spectrale. En utilisant des nanopointes de différents matériaux, nous
avons observé le régime d’émission multiphotonique au‐dessus du seuil ainsi que l’émission de
champ optique avec recollision des électrons. Cette étude a notamment permis de caractériser
l’amplification du champ optique dans une nanopointe d’argent. À cause du caractère
plasmonique du matériau, ce facteur d’amplification (défini comme le rapport entre l’intensité
optique locale et l’intensité des impulsions incidentes) dépend de la longueur d’onde. La
polarisation permet également de contrôler le champ optique à l’apex de la pointe et permet
donc de contrôler le profil spatial d’émission. À la différence de la phase gazeuse, les
nanopointes sont sensibles à des effets thermiques en fonction du taux de répétition des
impulsions lasers. Pour étudier cela, nous avons développé une source laser NOPA accordable
en longueur d’onde et en taux de répétition.
36
Interaction d’impulsions laser ultra‐intenses avec des plasmas denses : différents
mécanismes d’accélération d’électrons
F. Quéré
LIDYL Palaiseau
37
Mise en forme spatiale dʹimpulsions femtoseconde: Filamentation et micro‐explosions dans
les solides
F. Courvoisier
Institut FEMTO‐ST, UMR CNRS 6174
Lʹablation par laser femtoseconde constitue une technologie versatile, reproductible et à large
potentiel pour la micro‐nanofabrication de masse. Cependant, le contrôle du dépôt dʹénergie à
lʹintérieur des matériaux transparents est un challenge en raison de la non‐linéarité de la
propagation de lʹimpulsion laser. Nous avons récemment développé un ensemble de stratégies
permettant de contourner ce problème, en utilisant des solutions ``invariantesʹʹ de la
propagation non‐linéaire, en particulier les faisceaux de Bessel et Bessel Vortex.
Le confinement de l’interaction laser‐matière et laser‐plasma est extrême dans cette
configuration. Des pressions supérieures au TPa sont générées, permettant de créer des ondes
de choc générant des nano‐canaux ou des vides à très haut rapport de forme (>100:1) avec une
seule impulsion laser, d’énergie modeste (μJ).
Nous avons mis en place une technique expérimentale dʹimagerie de la propagation, permettant
une comparaison directe et surtout quantitative avec des codes de simulation de type
Schrödinger non‐linéaire. Ces analyses révèlent pour la première fois lʹoccurence dʹabsorption
résonante dans le plasma généré par les faisceaux de Bessel, ouvrant ainsi de nouvelles
perspectives pour le contrôle de la génération de ces « micro‐explosions » dans les diélectriques.
Ce projet a reçu le soutien de lʹERC sous le programme Horizon 2020 (No 682032‐PULSAR)
38
SOURCES D’ÉLECTRONS ULTRABRÈVES POUR LA DIFFRACTION D’ÉLECTRONS
J. Faure1, B. Beaurepaire1, F. Böhle1, G. Gallé1, D. Guénot1, D. Gustas1, A. Lifschitz1, R.
Lopez‐Martens1, A. Vernier1, Z. He2, K. Krushelnick2, J. Nees2 and A. Thomas2 1 LOA, ENSTA ParisTech, CNRS, Ecole polytechnique, Université Paris‐Saclay, 828 bd des
Maréchaux, 91762 Palaiseau cedex France 2 Center for ultrafast Optical Science, University of Michigan, Ann Arbor MI, USA
RÉSUMÉ
MOTS‐CLEFS : laser femtoseconde intense, interaction laser‐plasma accélération laser‐plasma,
accélération d’électrons par laser, diffraction d’électrons ultrarapide.
Dans cette présentation, je donnerai une vue d’ensemble des sources d’électrons femtosecondes
que nous développons au Laboratoire. Nous nous penchons en particulier sur des sources
possédant des paramètres qui permettent d’étudier la dynamique structurelle de la matière par
diffraction d’électrons avec une résolution inférieure à 100 fs. En effet, les sources d’électrons
conventionnelles ne permettent pas d’atteindre des résolutions temporelles meilleures que 200
fs. Pour accroitre la résolution temporelle de cette technique, nous développons actuellement un
accélérateur laser‐plasma qui devrait nous permettre in fine d’atteindre des résolutions de la
dizaine de femtosecondes. Nous exposerons les principes de cette technique, basée sur
l’interaction laser‐plasma à haute intensité, et montrerons les premiers résultats expérimentaux.
Nous avons pu réaliser le premier accélérateur laser‐plasma fonctionnant à haute cadence [1, 2],
ce qui nous a permis de l’utiliser dans des expériences de principe de diffraction d’électrons
résolue en temps [3, 4]. Des résultats récents, obtenus avec des impulsions laser de quelques
cycles optiques, nous montrent que l’on est maintenant capables d’accélérer des paquets
d’électrons à 5 MeV, ce qui permet de conserver des paquets de quelques femtosecondes
seulement. Ces développements récents sont de bon augure et devraient permettre
l’observation directe des changements de structure les plus rapides, tels que le mode de
vibration d’une molécule d’eau, dont la période est de 10 fs.
[1] Z.‐H. He, B. Hou, J. H. Easter, J. Faure, K. Krushelnick, J. A. Nees, and A. G. R. Thomas,
“High repetitionrate wakefield electron source generated by few‐millijoule, 30 femtosecond
laser pulses on a density downramp,” New J. Phys., vol. 15, p. 053016, 2013.
[2] B. Beaurepaire, A. Vernier, M. Bocoum, F. Böhle, A. Jullien, J.‐P. Rousseau, T. Lefrou, D.
Douillet, G. Iaquaniello, R. Lopez‐Martens, A. Lifschitz, and J. Faure, “Effect of the laser wave
front in a laser‐plasma accelerator,” Phys. Rev. X, vol. 5, p. 031012, Jul 2015.
[3] Z.‐H. He, A. G. R. Thomas, B. Beaurepaire, J. A. Nees, B. Hou, V. Malka, K. Krushelnick, and
J. Faure, “Electron diffraction using ultrafast electron bunches from a laser‐wakefield
accelerator at kHz repetition rate,” Appl. Phys. Lett., vol. 102, no. 6, pp. –, 2013.
[4] Z.‐H. He, B. Beaurepaire, J. Nees, K. Krushelnick, A. Thomas, and J. Faure, “Capturing
structural synamics in crystalline silicon by streaking electron bunches generated from a laser‐
wakefield accelerator,” accepté à Scientific Reports, 2016.
39
Posters
1.
Impulsions de rayonnement X‐UV brèves et ultra‐brèves
dans une structure de Bragg
J‐M. André et P. Jonnard
Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, CNRS UMR 7614, Laboratoire de Chimie Physique ‐
Matière et Rayonnement, 11 rue Pierre et Marie Curie, F‐75231 Paris cedex 05, France
La propagation d’impulsions de rayonnement X‐UV brèves (domaine femtoseconde) délivrées
par des lasers à électrons (XFEL) ou ultra‐brèves (domaine attoseconde) provenant des sources
à générations d’harmoniques (HGG) dans des structures de Bragg (cristal ou miroir
interférentiel) donne lieu à des effets transitoires : la réflectance et la transmittance sont
modifiées par rapport au régime continu sur une période de temps caractéristique dépendant
de la longueur d’extinction et de l’épaisseur de la structure.
Si de plus ces impulsions sont ultra‐intenses comme dans le cas des XFEL des effects non‐
linéaires peuvent apparaître pouvant conduire à une variété de phénomènes : bistabilité avec
transparence induite voire instabilité et chaos, effet limiteur et interrupteur, apparition de
solitons…
Nous présenterons une approche théorique de l’ensemble de ce domaine de la physique du
rayonnement X‐UV avec une exploration des méthodes expérimentales permettant de mettre en
évidence ces phénomènes.
40
Processus ultrarapides dans les protéines
2.
Marten Vos
LOB, Ecole Polytechnique, CNRS, INSERM, 91128 Palaiseau Cedex, France,
Les protéines sont des macromolecules qui effectuent leurs fonctions vitales en changeant de
conformation, structurale et/ou électronique. Par spectroscopie ultrarapide, dans des systèmes
isolés et photoactivables (naturellement ou pas), des processus fonctionnelles au sein des
protéines peuvent être étudié sur l’échelle femtoseconde/picoseconde des mouvements internes.
Les protéines constituent un milieu de réaction très complexe, mais aussi très bien défini et
homogène, et dans ce sens mieux défini qu’une solution ; ainsi des simulations sur molécules
uniques peuvent compléter les expériences. Des exemples d’études récentes sur les réactions
d’échange de ligands dans les hémoproteines1 et sur le transfert d’électron dans les
flavoprotéines2 seront donnés.
(1) Lambry, J.‐C.; Stranava, M.; Lobato, L.; Martinkova, M.; Shimizu, T.; Liebl, U.; Vos, M. H.
Ultrafast Spectroscopy Evidence for Picosecond Ligand Exchange at the Binding Site of a Heme
Protein: Heme‐Based Sensor Yddv. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 69‐74.
(2) Laptenok, S. P.; Bouzhir‐Sima, L.; Lambry, J.‐C.; Myllykallio, H.; Liebl, U.; Vos, M. H.
Ultrafast Real Time Visualization of the Active Site Flexibility of the Flavoenzyme Thymidylate
Synthase Thyx. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 8924‐8929.
41
3. Thermally induced magnetization switching in Fe/MnAs magnetic bilayers and ultrafast dynamics of magneto‐structural phase transitions in MnAs
L. Lounis1*, F. Vidal 1, Y. Zheng 1, M. Eddrief 1, R. Delaunay 2, E. Ferrari 3, C. Spezzani3,4, H.
Popescu 5, A. Ciavardini 5, C. Laulhé 5, M. Sacchi 1,5
1 Institut des NanoSciences de Paris, UPMC – CNRS UMR 7588, Paris 2 Laboratoire de Chimie Physique – Matière et Rayonnement, UPMC – CNRS UMR 7614, Paris 3 Elettra, Sincrotrone Trieste, Italy 4 Laboratoire de Physique des solides, Université Paris‐Sud – CNRS UMR 8502, Orsay 5 Synchrotron SOLEIL, L’Orme des Merisiers, B.P. 48, 91192 Gif‐sur‐Yvette, France
Spintronic devices are most often controlled by applied magnetic fields or by the injection of
spin‐polarized currents. Using temperature as the control parameter widens the field of
application of such devices. We study bilayers that couple, via surface dipolar fields, a material
exhibiting a magneto‐structural phase transition (MnAs) to a soft ferromagnetic material (Fe).
Temperature control by a fs laser pulse allows one to modify and reverse the Fe magnetization
on a short time scale, although the details of the reversal are not completely elucidated yet.
Here we report on studies of MnAs/GaAs based films by x‐ray resonant magnetic scattering
(XRMS) and time resolved x‐ray scattering (TR‐XRD). Soft x‐rays are used to probe the
magnetic behavior element selectively, as well as the microstructure of periodic systems with
hundreds of nanometers periods. TR‐XRD is used to study the crystal structure dynamics.
In MnAs/GaAs(001), a periodic pattern is provided over the 10‐40°C range by the height
modulation of the MnAs layer (fig. 1a‐c), resulting from the coexistence of the α‐ferromagnetic
and β‐non‐magnetic MnAs phases. XRMS measurement on Fe/MnAs/GaAs will be presented
that related the phase coexistence to the Fe overlayer magnetization reversal (Fig. 1d).
In order to gain insight into the phenomena at play at ultrashort times following laser excitation
of the system, dynamic studies were carried out using an optical pump/x‐ray probe scheme.
Recent results on the dynamics of the magneto‐structural phase transitions in MnAs/GaAs(001)
will be presented and their implications on laser‐induced magnetic switching will be discussed.
Figure 1d. Element specific Fe and Mn magnetizations vs. temperature measured by XRMS in a thermal cycle analogous to that of panels a-c.
Figure 1a-c. Schematics of T-driven Fe magnetization switching in Fe/MnAs/GaAs(001). (a) Fe and α-MnAs magnetizations are set parallel at 5°C by Hext applied along the α-MnAs easy axis. (b) at 20°C α/β stripes run parallel to the MnAs c-axis. Dipolar fields generated by finite size α-stripes extend above the MnAs surface, reversing the Fe overlayer magnetization. (c) At the end of the cycle, MnAs recovers its initial configuration, while the Fe layer magnetization has reversed sign. *[email protected]
42
4. Alignment‐free variable repetition rate optical parametric amplifier
S. J. Weber1,2, M. R. Bionta1,3, J. Mauchain1, B. Chatel1 and B. Chalopin1
1 LCAR‐Université Paul Sabatier Toulouse III‐CNRS, 118 Route de Narbonne, Bat 3R1B4, 31062
Toulouse Cedex 9, France 2 CEMES, CNRS, Université Paul Sabatier, 29 rue Jeanne Marvig, 31055 Toulouse, France
3INRS‐EMT, 1650 Boul. Lionel Boulet, Varennes QC J3X 1S2, Canada
We demonstrate the first implementation of a Variable Repetition rate non‐collinear Optical
Parametric Amplifier called VROPA. This secondary laser system provides an alignment‐free,
variable repetition rate from single shot up to 1MHz. The design is engineered to avoid any
detrimental thermal effects arising with high repetition laser sources that could modify the
pulse characteristics. The VROPA is therefore the perfect tool for laser/condensed matter
interactions where high repetition rate is needed for good statistics, but where thermal issues
may modify the physical properties of the samples.
The last decades have seen the increase of studies of nano‐objects in a strong‐field regime with a
wealth of experimental and theoretical studies1. A key interest has been the potential use of
plasmonics effects to induce locally enhanced electric fields around nano‐objects, reducing the
need of complex and costly laser systems. The advantages being twofold, allowing reduced
complexity and increased statistics when comparing standard kHz repetition rate amplified
lasers with the tens of MHz repetition rate oscillators. Studies on photo‐emission have been
made using nanotips
as their main object of study2–4 using simple femtosecond oscillators. Both strong field
phenomena3 and plasmonics5 have been shown to strongly depend on the laser excitation
wavelength, opening the need for tunable wavelength sources such as optical parametric
amplifiers (OPA) based systems6. The development of OPA systems has reached a milestone
through the advancement of ultrafast fiber laser technology, offering commercially available
high energy pulses in the tens to hundreds of microjoules range at up to a few MHz repetition
rate. OPAs have been developed to use these sources as a pump with the example of a 2MHz
OPA producing sub‐20fs pulses at 800nm7 which can be wavelength tunable using a non‐
collinear configuration8. These first steps pave the way to high repetition rate, carrier envelop
phase stable sources in the near IR for application in strong field physics photoemission9 and
production of isolated attosecond pulses10.
However, another consideration arises for studies on condensed matter systems, such as nano‐
objects, with the impact of thermal load on the electronic population of these systems through
the coupling between excited phonons and conducting electrons. It is therefore crucial to
optimize not only the wavelength, but the repetition rate of the laser source as well. We present
here the design, see Fig. 1, of a non‐collinear variable repetition rate optical parametric amplifier
pumped by a variable repetition rate, fibered laser source. All the output pulse characteristics:
energy, spectrum and duration are preserved when changing the pump laser repetition rate
from single shot up to 1MHz without any realignment needed.
43
Fig.1: VROPA Experimental setup
1. Hommelhoff, P., Kling, M. F. & Stockman, M. I. Ann. Phys. 525, 13–14 (2013).
2. Krüger, M., Schenk, M., Hommelhoff, P. & Kruger, M. Nature 475, 78–81 (2011).
3. Herink, G., Solli, D. R., Gulde, M. & Ropers, C. Nature 483, 190–193 (2012).
4. Bionta, M. R. et al. J. Mod. Opt. 61, 833 (2013)
5. Grubisic, A., Schweikhard, V., Baker, T. A. & Nesbitt, D. J. ACS Nano 7, 87–99 (2013).
6. Cerullo, G. & De Silvestri, S. Rev. Sci. Instrum. 74, 1–18 (2003).
7. Rothhardt, J., Hädrich, S., Schimpf, D. N., Limpert, J. & Tünnermann, A. Opt. Express 15, 16729 (2007).
8. Nillon, J., Crégut, O., Bressler, C. & Haacke, S. Opt. Express 22, 14964 (2014).
9. Homann, C., Bradler, M., Förster, M., Hommelhoff, P. & Riedle, E. Opt. Lett. 37, 1673–1675 (2012).
10. Krebs, M. et al. Nat. Photonics 7, 555–559 (2013).
44
5. Resonant optical control of the structural distortions that drive ultrafast demagnetization in Cr2O3
V. G. Sala,1 S. Dal Conte,2 T. A. Miller,1 D. Viola,2 E. Luppi,3 V. Véniard,4 G. Cerullo,2 and S.
Wall1
1 ICFO‐Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology, 08860
Castelldefels (Barcelona), Spain 2 IFN‐CNR, Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Milano, Italy
3 Université Pierre et Marie Curie and CNRS, Paris, France 4 Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole Polytechnique, CNRS, CEA, Université Paris‐Saclay,
Palaiseau and European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF), France
We study how the color and polarization of ultrashort pulses of visible light can be used to
control the demagnetization processes of the antiferromagnetic insulator Cr2O3. We utilize
time‐resolved second harmonic generation (SHG) to probe how changes in the magnetic and
structural state evolve in time. We show that, varying the pump photon‐energy to excite either
localized transitions within the Cr or charge transfer states, leads to markedly different
dynamics. Through a full polarization analysis of the SHG signal, symmetry considerations and
TDDFT calculations, we
show that, in the non‐equilibrium state, SHG is sensitive to both lattice displacements and
changes to the magnetic order, which allows us to conclude that different excited states couple
to phonon modes of different symmetries. Furthermore, the spin‐scattering rate depends on the
induced distortion, enabling us to control the timescale for the demagnetization process. Our
results suggest that selective photoexcitation of antiferromagnetic insulators allows fast and
efficient manipulation of their magnetic state.
45
6. Widely tunable two‐color FEL pulses for double resonant pump‐probe experiments
E. Ferrari 1,2, C. Spezzani 1,3, F. Fortuna 4, R. Delaunay 5, F. Vidal 6, L. Lounis, J.‐B. Moussy 7, E.
Roussel 1, L. Giannessi 1,8, G. De Ninno 1,9, M. B. Danailov 1, E. Allaria 1, M. Sacchi 6,10
1 Elettra ‐ Sincrotrone Trieste (I).
2 Physics Department, University of Trieste (I). 3 Laboratoire de Physique des Solides, CNRS‐UMR 8502, Université Paris‐Sud, Bât. 510, Orsay (F).
4 Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière, Université Paris‐Sud, CNRS UMR 8609, Bât.
104‐108, Orsay (F). 5 Laboratoire de Chimie Physique ‐ Matière et Rayonnement, Université P. et M. Curie, CNRS UMR
7614, Paris (F). 6 Institut des NanoSciences de Paris, Université P. et M. Curie, CNRS UMR 7588, Paris (F).
7 Service de Physique de lʹEtat Condensé, DSM/IRAMIS/SPEC, CNRS UMR 3680, CEA Saclay (F). 8 ENEA, Centro Ricerche Frascati, Via E. Fermi 45, 00044 Frascati (I).
9 University of Nova Gorica, Laboratory of Quantum Optics, Nova Gorica (SL). 10 Synchrotron SOLEIL, L’Orme des Merisiers, B.P. 48, Gif‐sur‐Yvette (F).
Many crucial aspects of the spectral and temporal characteristics of free‐electron lasers (FEL)
can be tailored to specific needs by an accurate control of the lasing process. In particular, the
ability to create two FEL pulses of differing wavelengths separated in time by a controlled delay
(two‐color mode) has enormous potential for femtosecond time‐resolved studies. Two‐color
FELs offer new opportunities for studying the dynamic response in atomic, molecular and solid
state systems by tuning both the pump and the probe wavelengths to selected core electron
resonances. The development of two‐color schemes engenders major research efforts at all FEL
facilities worldwide, and limited wavelength tunability remains one of the main constraints. We
developed and tested a new configuration of the FERMI FEL source capable of delivering two‐
colour time‐delayed pulses with independent wavelength tunability over an ample spectral
range [1]. This new scheme makes use of two seed laser beams and of a split radiator section to
generate two FEL pulses from distinct portions of the same electron bunch. Combined with the
seeded nature of the FERMI source, this provides improved conditions for two‐colour
experiments that require tuning both the pump and the probe to selected core resonances. We
tested the source performance in a resonant magnetic scattering experiment on Fe‐Ni systems.
Widely tuneable two‐colour pulses from a seeded FEL have potential for original applications
in other fields of condensed matter, atomic and molecular physics.
1. E. Ferrari et al. Widely tunable two‐colour seeded free‐electron laser source for resonant‐pump
resonant‐probe magnetic scattering Nature Commun. 7, 10343 (2016). doi:10.1038/ncomms10343
46
7. Gas phase modeling approach of the excited state deactivation in model proteins chains
Thibaut Very a,b and Valerie Brenner a
a LIDYL UMR 9222, DRF/IRAMIS/LIDYL, CEA Saclay, Bât 522
91191 Gif sur Yvette ‐ France
[email protected], [email protected] b LCPQ UMR 5626, IRSAMC, Université Paul Sabatier,
31000 Toulouse –France
Keywords: Excited states computations, Photochemistry of biomolecules, Size‐extensive CC
and MRCI linear scaling methods, Time‐dependent density functional theory, Non‐adiabatic
dynamic.
Following UV absorption, many biomolecular systems are endowed with mechanisms of
excited‐states deactivation that ensure their photochemical stability. One of the major goals of
our research is to investigate conformer‐selective dynamics of biologically relevant molecular
systems by an original innovative computational strategy in order to document the basic
physical phenomena controlling the lifetime of excited states, highlighting the link between
electronic dynamics and structure. This innovative multistep computational strategy allows
to both characterize the first excited states of biorelevant systems and model efficiently their
potential energy surfaces, using, first, nonadiabatic dynamic simulations based on TDDFT
(NA‐TDDFT) to provide hints about the critical motions that drive the deactivation, which will
then be investigated at a better level with two families of methods: i) the standard
approximate coupled cluster singles and doubles method (CC2) and ii) and multireference
wavefunction methods. This theoretical approach have been developed on small capped
peptide models1,2 and is always backed up by key conformation‐selective gas phase
experiments carried out in our team at several timescales (nano‐ and picosecond regimes). We
will presented here benchmark of CC2 method on a set of larger model peptide chains
(structure, energetic and vibrational frequencies of the first pp* exited state3), assessment of the
CC2 validity from comparison with multireference methods on small capped peptide models
(equilibrium geometry and some critical points of energy profile as conical intersection) and
finally, benchmark of new functionals within TDDFT framework, new functionals which a priori
treat correctly the charge transfer states. [1] M. Mališ, Y. Loquais, Y, E. Gloaguen, E., H. S. Biswal, F. Piuzzi, B. Tardivel, B, V.
Brenner, M. Broquier, C. Jouvet, M. Mons, N. Došlić, I. Ljubić, “Unravelling the
Mechanisms of Radiationless Deactivation in Model Peptides Following Photoexcitation of a
Phenylalanine Residue”, Journal of the American Chemical Society, 2012, 134, 20340.
[2] M. Mališ, Y. Loquais, Y, E. Gloaguen, C. Jouvet, V. Brenner, M. Mons, I. Ljubić, N.
Došlić, “Non‐radiative Relaxation of UV Photoexcited Phenylalanine Residues: Probing the Role of Conical
Intersections by Chemical Substitution”, Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, 16, 2285.
[3] W. Y. Sohn, V. Brenner, E. Gloaguen, M. Mons, “Local NH‐p interactions involving aromatic residues in
proteins: influence of backbone conformation and pp* excitation on the p H‐bond strength, as revealed from
studies of isolated model peptides”, Physical Chemistry Chemical Physics, submitted.
47
8. THz and far‐infrared radiation from laser induced gas plasmas
Stefan Skupin
Univ. Bordeaux ‐ CNRS ‐ CEA, Centre Lasers Intenses et Applications, UMR 5107, 33405 Talence, France
Research on intense terahertz (THz) electromagnetic sources has received an increasing
attention owing to numerous applications, for example, in time‐domain spectroscopy,
biomedical imaging or security screening. Among the various techniques employed to generate
THz radiation, focusing intense single or multi color femtosecond pulses in air or noble gases
provides interesting features like absence of material damage, large generated bandwidth (up to
_ 100 THz) and high amplitudes of the emitted THz pulses (> 100 MV/m) [1]. In particular, THz
emission from micro‐plasmas by sub‐mJ laser pulses was demonstrated recently [2].
Several mechanisms responsible for THz radiation in ionized gases have been proposed. Most
of them are plasma based. A crucial role plays the actual form of the driving laser pulse, which
can be single or multi‐color. For single‐color driving pulses, THz emission can be caused by
excitation of plasma currents via ponderomotive or radiation pressure sources. This idea has
been applied to explain THz emission for femtosecond (fs) filaments in [3], and is usually
referred to as transition‐Cherenkov mechanism: A plasma space charge is generated, e.g., by the
ponderomotive force of the driving laser pulse. It propagates approximately at the speed of
light and produces locally a dipole‐like current structure. The interference of the radiation from
the distinct dipoles along the propagation axis leads to a conical emission in the THz spectral
range. For multi‐color driving pulses, in particular the two‐color configuration relying on
mixing the fundamental harmonic and the second harmonic has been studied. Originally, four‐
wave mixing (FWM) rectification via thirdorder nonlinearity of the neutral atoms has been
suggested as the THz generating mechanism in this case [4].
However later, it has been shown that contributions from FWM are much weaker than those
from mechanisms based on excitation of the laser‐induced plasma [5]. In particular, the
ionization current mechanism proposed in [6] has been accepted as the major contributor to
THz radiation from such a two‐color pump: The extrema of the first and the second half‐laser‐
cycle create two portions of charge due to tunnel ionization. Each of these gets accelerated in
the laser field and produces a current. Temporal asymmetry in the driving pulse can render the
superposition of these currents to be not completely destructive. In this case, the non‐vanishing
net current leads to emission of radiation, in particular in the THz domain. The temporal
asymmetry of the driving field can be achieved by, e.g., admixing a second laser color or
choosing a very short laser pulse.
Here we present a comprehensive theoretical investigation of THz generation in laser‐induced
gas plasmas. The electrons and ions are created by tunnel‐ionization of neutral atoms, and the
resulting plasma is heated by collisions.
Electrons are driven by electromagnetic, convective and diffusive sources and produce a
macroscopic current which is responsible for THz emission. The model naturally includes both,
ionization current and transition‐Cherenkov mechanisms for THz emission. The latter
mechanism is shown to dominate for single‐color multi cycle lasers pulses, where the observed
THz radiation originates from longitudinal electron currents. For multi‐color driving pulses,
THz emission from transversal currents dominates, predominantly in forward direction [7]. The
THz radiation undergoes strong spectral broadening when co‐propagating with the pump
48
pulse, giving rise to a THz‐tofar‐ infrared supercontinuum [8]. The spectral structure of this
supercontinuum is extremely sensitive to the pump pulse configuration [9], thus it appears
possible to tailor this radiation for applications in, e.g., ultrabroadband spectroscopy [10].
[1] Ki‐Yong Kim, James H. Glownia, Antoinette J. Taylor, and George Rodriguez. High‐Power Broadband
Terahertz Generation via Two‐Color Photoionization in Gases. IEEE J. Quant. Electron., 48:797, 2012.
[2] Fabrizio Buccheri and Xi‐Cheng Zhang. Terahertz emission from laser‐induced microplasma in ambient air.
Optica, 2:366–369, 2015.
[3] C. D’Amico, A. Houard, M. Franco, B. Prade, A. Mysyrowicz, A. Couairon, and V. T. Tikhonchuk. Conical
forward thz emission from femtosecond‐laser‐beam filamentation in air. Phys. Rev. Lett., 98:235002, Jun 2007.
[4] D. J. Cook and R. M. Hochstrasser. Intense terahertz pulses by four‐wave rectification in air. Opt. Lett.,
25(16):1210–1212, Aug 2000.
[5] L. Berg´e, S. Skupin, C. K¨ohler, I. Babushkin, and J. Herrmann. 3D numerical simulations of THz generation by
two‐color laser filaments. Phys. Rev. Lett., 110:073901, 2013.
[6] Ki‐Yong Kim, James H Glownia, Antoinette J Taylor, and George Rodriguez. Terahertz emission from ultrafast
ionizing air in symmetrybroken laser fields. Opt. Express, 15:4577, 2007.
[7] C. Koehler E. Cabrera‐Granado, I. Babushkin, L. Berg´e, J. Herrmann, and S. Skupin. Directionality of terahertz
emission from photoinduced gas plasmas. Opt. Lett., 36:3166, 2011.
[8] Eduardo Cabrera‐Granado, Yxing Chen, Ihar Babushkin, Luc Berg´e, and Stefan Skupin. Spectral self‐action of
THz emission from ionizing two‐color laser pulses in gases. New J. Phys., 17:023060, 2015.
[9] P. Mart´ınez, I. Babushkin, L. Berg´e, S. Skupin, E. Cabrera‐Granado, C. K¨ohler, U. Morgner, A. Husakou, and
J. Herrmann. Boosting Terahertz Generation in Laser‐Field Ionized Gases Using a Sawtooth Wave Shape. Phys.
Rev. Lett., 114:183901, 2015.
[10] Sebastian Engelbrecht, Luc Berg´e, Stefan Skupin, T Wang, Peter Jepsen, and Bernd Michael Fischer.
Ultrabroadband Spectroscopy Of Explosives. 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz
Waves, Hong Kong, China, 2015.
49
9. Shaping of fs UV pulses by frequency domain harmonic generation
E. Hertz, F. Billard, G. Karras, P. Béjot, B. Lavorel, and O. Faucher
We present in this poster a method to precisely tailor ultraviolet femtosecond laser pulses
from a pulse shaper with ability in the infrared/visible spectral range. We have developed to
that end a frequency doubling module in which the up‐conversion mechanism is carried out in
the frequency domain. The pulse shaper encodes a spectral phase and/or amplitude modulation
onto the fundamental pulse and the shaped pulse is then frequency doubled through the
module which transfers the shaping to the harmonic field in a predictable and simple manner.
The relevance of the method is demonstrated by synthesizing and characterizing shaped pulses
at a central wavelength of 400 nm. The result shows the ability of a full control over the spectral
phase and amplitude.
50
10. Ultrafast Dynamics of a GFP Chromophore Analogue : Competition between Excited‐State Proton Transfer and Torsional Relaxation
F. Lacombat,1,2 T. Chatterjee,3 D. Yadav,1,2 P. Plaza,1,2 P. K. Mandal,3 and A. Espagne 1,2
1 Ecole normale supérieure, PSL Research University, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Département de
Chimie, PASTEUR, 24, rue
Lhomond, 75005 Paris, France 2 Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, ENS, CNRS, PASTEUR, 75005 Paris, France
3 Department of Chemical Sciences, Indian Institute of Science Education and Research (IISER) ‐ Kolkata,
Mohanpur, West‐Bengal,
741246, India
The photophysics of GFP‐related fluorescent proteins and their chromophores relies on a
competition between excited‐state proton transfer (ESPT) and torsion. In solution, the light‐
induced dynamics of the p‐hydroxybenzylideneimidazolinone (p‐HBDI) chromophore of GFP
is dominated by ultrafast torsional motions at the ethylene bridge [1] In contrast, inside the GFP
β‐barrel, torsions are hindered and neutral p‐HBDI undergoes fast excited‐state deprotonation
to form anionic p‐HBDI, the species responsible for the strong green fluorescence of GFP [2]
Chromophore torsion is nevertheless observed in some fluorescent proteins other than GFP,
due to different protein‐chromophore interactions. ON‐OFF photoswitching in photochromic
proteins such as Dronpa is for instance based on chromophore cis/trans photoisomerization [3].
Mimicking these processes using simple molecular systems derived from the GFP chromophore
is currently attracting much interest. The excited‐state dynamics of o‐hydroxy derivatives of
HBDI in solution were reported to be governed by ESPT, offering the opportunity to study this
reaction in solution [4] It is also known that electron donating amino substituents in para
position promote torsional relaxation [5] The molecules studied until now however do not
allow direct investigation of the competition between ESPT and torsion since they exhibit only
one of the two processes. We recently synthesized and studied OHIM, a GFP chromophore
analogue bearing o‐hydroxy and p‐diethylamino substituents [6] The interest of OHIM is that
the above‐mentioned competition may be investigated in a single molecule, under pH control.
We studied the light‐induced dynamics of OHIM by femtosecond transient absorption
spectroscopy, at different pH, and found that it is determined by the electron donating
character of the diethylamino group. Torsional relaxation dominates when the diethylamino
group is neutral, while ultrafast ESPT followed by cis/trans isomerization and ground‐state
51
reprotonation are observed when the diethylamino group is protonated and therefore inactive
as an electron donor.
[1] Mandal, D., T. Tahara and S.R. Meech, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 1102‐1108.
[2] Chattoraj, M., B.A. King, G.U. Bublitz and S.G. Boxer, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1996, 93, 8362‐8367.
[3] Yadav, D., F. Lacombat, N. Dozova, F. Rappaport, P. Plaza and A. Espagne, J. Phys. Chem. B 2015, 119, 2404‐
2414.
[4] Hsieh, C.C., P.T. Chou, C.W. Shih, W.T. Chuang, M.W. Chung, J. Lee and T. Joo, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,
2932‐2943.
[5] Rafiq, S., B.K. Rajbongshi, N.N. Nair, P. Sen and G. Ramanathan, J. Phys. Chem. A 2011, 115, 13733‐13742.
[6] Chatterjee, T., F. Lacombat, D. Yadav, M. Mandal, P. Plaza, A. Espagne and P.K. Mandal, J. Phys. Chem. B,
accepted.
52
11. Caractérisation et devenir des états excités des métalloporphyrines libres et ligandées en phase gazeuse. Des expériences modèles pour la compréhension des réactions chimiques du
vivant
Niloufar Shafizadeh
Institut des Sciences Moléculaires dʹOrsay UMR8214, CNRS Université de Paris‐Sud, Bat 210, 91405
Orsay, Cedex, France
Lionel Poisson, Benoit Soep
Laboratoire Francis Perrin CEA/DSM/IRAMIS/LIDyL – CNRS URA 2453, CEA Saclay, 91191
Gif‐sur‐Yvette Cedex, France
Les hémoprotéines assurent le transport du dioxygène au sein des organismes
supérieurs. Elles fixent de façon réversible l’oxygène moléculaire sur leur site actif appelé
Hème, formé d’une Protoporphyrine IX du Fer [PP Fe]. La réaction de fixation du dioxygène est
une réaction réversible et complexe elle fait intervenir plusieurs partenaires et implique
plusieurs configurations électroniques excitées de l’Hème en particulier un changement du
degré d’oxydation de l’atome du fer. Le mécanisme électronique de cette réaction est sujet à
débat depuis Pauling (1936). Nous avons abordé ce problème en phase gazeuse sur des
systèmes biomimétiques en étudiant la dynamique de relaxation des métalloporphyrines libre
ou ligandée après excitation électronique. Notre étude systématique des durées de vie des
états S2 (Soret) de plusieurs métalloporphyrines contenant des métaux différents Zinc, Cobalt,
Nickel, Fer, Cuivre et Ruthénium a permis de formuler un modèle interprétatif de leur
évolution temporelle. Selon la nature du métal inséré au centre de la molécule, la durée de vie
de l’état S2 change radicalement. Ainsi, nous avons montré qu’après excitation de cet état, il se
produit un transfert très rapide de l’électron l’orbitale �* de la porphyrine vers une orbitale d
du métal accessible et ceci en moins d’une centaine de femtosecondes.
Ce mécanisme peut aussi être utilisé pour expliquer la durée de vie des composés aussi
complexes que la Protoporphyrines IX de fer [PP Fe] ou la vitamine B12 qui sont deux
composés naturels de la famille des métalloporphyrines.
En ce qui concerne les métalloporphyrines ligandées nous avons observé un
comportement très différent selon la nature du ligand monoxide de carbone [CO] ou Histidine
[C6H9N3O2,] indépendant de l’énergie de liaison métal ligand. Dans le cas du Ruthénium
tétraphenyl porphyrine ligandée à CO [RuTPP‐CO], la dissociation se produit à l’échelle de
100fs, tandis que dans le cas de la Protoporphyrine IX ferII ligandée à l’Histidine [PP Fe –His] ou
au Methylimidazole,[C4H6N2] des espèces ligandées persistent au‐delà de l’échelle des 10ps.
Des calculs ont été entrepris en collaboration avec Aurélien de la Lande pour
comprendre les voies de dissociation de RuTPPCO et [PP Fe –His].
53
12. Computation of ionization rates for above‐‐threshold continuum states: application to the high‐‐harmonic generation spectroscopy
Emanuele Coccia*,‡, Roland Assaraf*, Eleonora Luppi* and Julien Toulouse*
*Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Laboratoire de Chimie Théorique, F‐‐75005, Paris,
France
‡Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche, Università degli Studi dellʹAquila, via Vetoio, 67100
LʹAquila, Italy
The evaluation of ionization rates for the electron dynamics in presence of an intense oscillating
laser field represents a fundamental aspect to take into account in calculations. The introduction
of an artificial ionization probability is mandatory in order to remove unphysical reflections of
the wave packet due to the finite‐‐‐size representation employed in simulations.
We report here an ab initio model [1] for the computation of ionization rate for the above‐‐
‐threshold continuum states within the Gaussian‐‐‐based CIS framework. The procedure is
based on the fit of the one‐‐‐electron molecular orbitals to extract the ionization rates, starting
from the assumption that a decaying exponential function is implicitly present in the
approximate continuum eigenfunctions, containing the ionization rate for each above‐‐‐
threshold state n. The main advantage of such computational scheme is to be parameter‐‐‐free,
thus offering a unique se toff ionization rates, provided a basis set. In the limit of a complete
basis set, ionization rates n tend to zero in our model, as properly expected. The model is
formally generalized to N‐electron atoms and to molecules, by means of the use of the spherical
average of molecularorbitals.We applied the ab initio fit to the study of the high‐‐‐harmonic generation [2,3] of the hydrogen
and helium atoms, and of the H2+ molecule.
[1]E.Coccia,R.Assaraf,E.LuppiandJ.Toulouse,inpreparation[2] E. Coccia, B. Mussard, M. Lebeye, J. Caillat, R. Taïeb, J. Toulouse and E. Luppi, Int. J. Quant.
Chem., 116 1120 (2016)
[3] E. Coccia and E. Luppi, Theor. Chem. Acc., 135 43 (2016)
54
13. Computation of high harmonic generation spectra using time‐dependent configuration interaction
Marie Labeye, Jérémie Caillat, Richard Taïeb
Sorbonne Universit´es, UPMC Univ Paris 06, CNRS, LCPMR, 11 rue Pierre et Marie Curie 75231 Paris
Cedex 05, France
High‐harmonic generation (HHG) is a highly nonlinear optical phenomenon [1] that can
provide coherent XUV and soft X‐ray radiation with attosecond (10�18 s) durations. This
property makes it of increasing interest because it offers the opportunity to investigate
unexplored research areas in atoms and molecules with unprecedented time resolution [2‐4].
The HHG process arises when a gas of atoms or molecules interacts with a strong infrared
femtosecond laser pulse and can be understood by means of semi‐classical pictures, such as the
celebrated threestep model [5]: (1) an electron escapes from the atom through tunnel ionization
induced by the strong laser field, (2) it is accelerated away by the laser field until the sign of the
field changes, whereupon the electron is reaccelerated back to the nucleus, (3) where it emits a
photon as it recombines to the ground state.
The ab‐initio calculation of high harmonic generation spectra is a real computational challenge
for large systems, since it requires to solve the time dependent Schrödinger equation, which is
impossible, even in the nearfuture, when the number of electrons exceeds two. To tackle this
issue, we explore the computation of HHG spectra of multi‐electronic systems using time
dependent configuration interaction (TDCI) i.e. solving the Schrödinger equation projected on a
CI basis. To build the latter, one has to choose a basis of single electron primitives to properly
represent the bound and continuum states of the system, the delocalized continuum states
being a real challenge for the commonly used localized function such as gaussians. Following
the work already done in [6] on a single electron atom (the hydrogen), we investigate the
efficiency of Gaussian functions specifically designed for the description of the continuum
proposed by Kaufmann et al. [7]. We assess the range of applicability of this approach by
studying one dimensional systems with two electrons, for which exact calculations on a grid
can be performed and then be used as a reference to test the TDCI method (see Fig. 1). We
believe that if the results obtained with two electrons are in reasonable agreement with the grid
reference, then it will allow us to extend this method to bigger systems for which no accurate
methods of calculations are known.
55
[1] P. Antoine, A. L’Huiller, and M. Lewenstein, Attosecond Pulse Trains Using High–Order Harmonics, Phys.
Rev. Lett. 77, 1234 (1996).
[2] J. Itatani, J. Levesque, D. Zeidler, H. Niikura, H. Pepin, J. C. Kieffer, P. B. Corkum, and D. M. Villeneuve,
Tomographic imaging of molecular orbitals, Nature 432, 867 (2004).
[3] E. Goulielmakis, Z.‐H. Loh, A. Wirth, R. Santra, N. Rohringer, V. S. Yakovlev, S. Zherebtsov, T. Pfeifer, A. M.
Azzeer, M. F. Kling, S. R. Leone, and F. Krausz, Real‐time observation of valence electron motion, Nature 466, 739
(2010).
[4] S. Haessler, J. Caillat, W. Boutu, C. Giovanetti‐Teixeira, T. Ruchon, T. Auguste, Z. Diveki, P. Breger, A. Maquet,
B. Carré, R. Taïeb, and P. Salières, Attosecond imaging of molecular electronic wavepackets, Nature Phys. 6, 200
(2010).
[5] M. Lewenstein, P. Balcou, M. Y. Ivanov, A. L’Huillier, and P. B. Corkum, Theory of high‐harmonic generation
by low‐frequency laser fields, Phys. Rev. A 49, 2117 (1994).
[6] E. Coccia, B. Mussard, M. Labeye, J. Caillat, R. Taïeb, J. Toulouse, and E. Luppi, Gaussian continuum basis
functions for calculating high‐harmonic generation spectra, Int. J. Quantum Chem. (accepted).
[7] K. Kaufmann, W. Baumeister, and M. Jungen, Universal Gaussian basis sets for an optimum representation of
Rydberg and continuum wavefunctions, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.22, 2223 (1989).
56
14. ULTRAFAST TRANSIENT ABSORPTION MEASUREMENT OF THE PLASMONIC RESPONSE OF NM‐SIZED SILVER PARTICLES IN ZEOLITE THIN LAYERS
V. De Waele,1 M. Brycaert,1 A. Khartchenko,2 B. Dong,2 O. I. Lebedev,3 I. De Waele,1 O.Poizat,1 S.
Mintova,2 G. Buntinx,1
1 Univ.Lille, CNRS, UMR 8516, LASIR, Laboratoire de Spectrochimie et Raman,
F59 000 Lille, France 2
Laboratoire Catalyse et Spectrochimie, ENSICAEN‐Université de Caen‐CNRS,
14050 Caen, France 3Laboratoire CRISMAT UMR 6508, CNRS‐ENSICAEN, 14050 Caen, France
E‐mail: vincent.dewaele@univ‐lille1.fr
Metal containing nanozeolites [1,2] are attractive host‐guest systems to develop novel
photoactive materials for plasmonic chemistry [3] that are based on the ultrafast photodynamics
of the electrons in the metal NPs and their interactions with the reactants. To support the
emergence of such applications the characterization of the ultrafast processes in host‐guest
materials is mandatory. Toward this end, nanometer‐sized silver nanoparticles have been
prepared in zeolite LTL and EMT colloidal suspensions, from which Ag‐LTL and Ag‐EMT
transparent thin layers have been deposited on CaF2 plates. The samples were placed in a
vacuum cell coupled to a broadband UV‐Vis femtosecond transient absorption set‐up to
perform the pump‐probe measurements under controlled atmosphere. For AgLTL the analysis
of the dynamics shows that the hot electrons relax mostly by electron‐phonon (Te = 4100K). In
contrast, in AgEMT, the delocalisation and the charge trapping processes dominate the
photodynamic. In addition, the influence of water and methanol molecules on the
photodynamics of the metal was also characterized. The adsorption of water in the zeolite pores
has nearly no effect at low vapour pressure and is only detected when the micropores are filled.
In contrast, methanol shows a specific interaction with the metal already in the low‐pressure
part of the adsorption isotherm
Fig : a) HRTEM image of Ag‐LTL zeolite
nanocrystals, b) transient spectra recorded
in Ag‐LTL films, under vacuum (�pump =
400 nm, E = 0.1 mJ/cm2)
Acknowledgments: The financial support of this work is provided from TAR‐G‐ED ANR
project. Chevreul institute (FR 2638), Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche,
Région Nord – Pas de Calais and FEDER are acknowledged for supporting and funding this
work.
[1] H. Awala et al, Nature Materials 2015, 14(4), 447‐451, [2] A. Souici et al. J. Phys Chem C 2014,
118, 6324 – 6334, [3] P. Christopher et al., Nature Materials, 2012, 11(12) , 1044‐1050.
57
15. Vlasov equation with spin effects
J. Hurst, G. Manfredi, P.‐A. Hervieux
Institut de Physique et Chimie des Mat_eriaux de Strasbourg, Strasbourg, France
The coupling between the electronic dynamics and the spin degrees of freedom in nano‐ metric
objects has stimulated a great deal of interest, both theoretical and experimental, over the last
few decades. In this work, we derive a four‐component Vlasov equation for a system composed
of spin‐1/2 fermions (typically electrons) [1]. The orbital part of the motion is classical, whereas
the spin degrees of freedom are treated in a completely quantum‐mechanical way. The Zeeman
and spin‐orbit interactions are included in an self‐consistent way.
The Vlasov equations for the four‐component distribution functions f0(r; v; t) and fi(r; v; t),
where i = x; y; z, read as follows:
The component f0 is related to the density of particles in the phase space and fi is related to the
density of magnetization along the i axis. In other words, f0 represents the probability to find an
electron at one point of the phase space at a given time, while fi represents the probability to
have a spin‐polarization probability in the direction i for this electron. The electric and magnetic
fields are either internal, i.e. generated by the particles themselves, or external (for instance, an
electromagnetic pulse).
We apply this model to ferromagnetic films (particularly nickel) to study the nonlinear
dynamics of charges and spins after a short (femtosecond) laser pulse excitation. The distinction
is made between itinerant magnetism (carried by the electronic spins) and localized magnetism
(carried by the fixed ions). The former is described by the above four‐component Vlasov
equations (1)‐(2), whereas the latter obeys a Landau‐Lifshitz equation for the ion magnetization.
Both types of magnetization carriers interact with each other through the exchange interaction.
In this work, we focus on the influence of the film surfaces on the magnetic properties of the
system. After the initial laser pulse, both charge and spin currents are excited in the film.
However, the charge currents are quickly damped away by Landau damping. In contrast, the
spin currents persist in the ferromagnetic _lm for much longer times.
[1] J. Hurst, O. Morandi, G. Manfredi, P.A. Hervieux, European Phys. J. D 68, 6 (2014)
58
16. Dynamique moléculaire en matrice sondée par échos de photons IR
Raphaël Thon 1,2, Wutharath Chin1, Didier Chamma1, Aimeric Ouvrard1, Bernard Bourguignon1,
Jean‐Pierre Galaup3 et Claudine Crépin1
1Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, CNRS – Univ. Paris‐Sud, F91405 Orsay Cedex, F.
2CNRS DR4, F91191 Gif‐sur‐Yvette, F. 3Laboratoire Aimé Cotton, CNRS – ENS Cachan ‐ Univ. Paris‐Sud, F91405 Orsay Cedex, F.
wutharath.chin@u‐psud.fr, claudine.crepin‐gilbert@u‐psud.fr
Les études de dynamique vibrationnelle permettent de sonder finement les effets
d’environnement pouvant affecter des processus moléculaires à l’état électronique fondamental.
Le détail des interactions entre un mode de vibration de la molécule et son environnement est
contenu dans les profils des bandes d’absorption mais, en phase condensée, l’élargissement
homogène qui porte les informations importantes en termes de dynamique est souvent masqué
par l’élargissement inhomogène. Ceci peut être résolu dans le domaine temporel via la
technique d’échos de photon stimulés où trois impulsions IR femtosecondes interagissent
successivement avec la molécule étudiée. La mesure du temps de cohérence T2 donne accès à
l’élargissement homogène et aux processus de déphasage, et la mesure du temps de relaxation
de population T1 à la dynamique des populations [1].
Nous présentons les résultats sur la dynamique vibrationnelle du complexe organométallique
W(CO)6 piégé dans des solides cryogéniques. Les basses températures permettent de réduire le
nombre de voies de relaxation et d’extraire les informations essentielles à leur compréhension.
Le mode d’élongation CO du complexe sert de sonde pour étudier l’influence du solide
moléculaire sur la dynamique [2]. La dynamique vibrationnelle montre une évolution nette
avec la température dans l’azote [3] et le méthane, en lien avec la transition de phase de CH4
[4], ce qui n’est pas le cas dans les matrices de gaz rares [1]. Nous montrons que les processus
de déphasage présentent aussi une dépendance en fonction du site de piégeage dans la matrice
et donc de la symétrie de la molécule. Ce comportement est lié à des couplages avec des
mouvements moléculaires de la matrice hôte.
Figure (a) Signal d’écho de photon de W(CO)6 dans le méthane solide à 24 K‐ phase I (rouge) et à 8 K‐ phase II
(noir). (b) Evolution du temps de relaxation de la population T1 de W(CO)6 entre 8 et 25 K dans le méthane.
[1] M. Broquier, C. Crépin, H. Dubost, J.‐P. Galaup, Chem. Phys. 341, 207 (2007).
[2] R. Thon, PhD thesis 2013, Univ. Paris‐Sud, France.
[3] R. Thon, W. Chin, J.‐P. Galaup, A. Ouvrard, B. Bourguignon, C. Crépin, J. Phys. Chem. A 117, 8145 (2013).
[4] R. Thon, W. Chin, D. Chamma, J.‐P. Galaup, A. Ouvrard, B. Bourguignon, C. Crépin, J. Chem. Phys. (2016)
soumis
59
17. Spectroscopie XANES résolue en temps avec une source laser‐plasma « de table » : étude du cuivre porté sous conditions extrêmes et hors équilibre
N. Jourdain 1‐2 L. Lecherbourg1 F. Dorchies2 V. Recoules1 P. Renaudin1
1 CEA DAM, DIF, F‐91297 Arpajon, France.
2 CELIA, Université de Bordeaux, Talence, France.
La matière « dense et tiède » hors équilibre
Le développement des sources laser ultra‐brèves permet de nos jours de porter la matière dans
des conditions extrêmes de densité (~ solide) et de température (~ 10000 K) désignées par le
régime de matière dense et tiède.
Les modèles de physique des plasmas et de la matière condensée ne permettent pas de décrire
correctement le comportement de la matière dans ce régime intermédiaire. De nombreuses
recherches, expérimentales et théoriques, sont aujourd’hui orientées vers ce sujet.
De plus, le fait de travailler avec des lasers femtosecondes induit des situations hors‐équilibre
où une énergie importante est déposée dans les électrons alors que les atomes restent froids. La
dynamique de l’équilibration thermique et celle des transitions de phase induites sont des
questions ouvertes. Pour les métaux nobles (or, argent, cuivre), un retard à la fusion est prédit
par des simulations de dynamique moléculaire quantique du fait d’un renforcement de la
stabilité du réseau cristallin, appelé aussi « bond‐hardening » [1]. Il est intimement lié à un
décalage de la bande électronique d vers les basses énergies. Ce mécanisme a été invoqué pour
interpréter une expérience de diffraction électronique sur un échantillon d’or [2], mais son
existence reste à démontrer.
Fig. 1 : Spectres XANES calculés près du flanc L3
du cuivre dans des situations hors équilibre à la
densité solide : réseau froid et différentes
températures électroniques.
Mesures de spectroscopie XANES résolues en temps sur le cuivre
Un des moyens d’étudier ce phénomène expérimentalement est la spectroscopie XANES. Une
étude a été récemment publiée près du flanc L3 du cuivre (932 eV) par une équipe du LBNL de
Berkeley sur un synchrotron [3]. Les états électroniques d sont sondés à partir du niveau 2p3/2.
Un pré‐seuil est observé avant le flanc, et son évolution permet de suivre la dynamique de la
température électronique.
Le décalage de la bande d en situation hors‐équilibre doit se traduire par un décalage spectral
de ce pré‐seuil (voir Fig. 1), mais il n’a pas encore été observé. D’autre part, nous pensons que la
perte de l’ordre cristallin doit se traduire par une disparition des structures post‐flanc.
60
Plusieurs séries d’expériences ont été réalisées avec le laser Eclipse du laboratoire CELIA et une
station expérimentale « de table » dédiée aux mesures XANES résolues en temps [4]. Dans un
premier temps, des spectres XANES ont été obtenus avec une source X produite en irradiant
une cible solide de CsI. La résolution temporelle était limitée par la durée relativement longue
de la source ~ 15 ps FWHM (~ temps attendu pour l’équilibration thermique du cuivre). Plus
récemment, un jet d’agrégats de Xénon a été utilisé pour produire une source X d’émissivité
comparable, mais avec une durée significativement plus courte (≤ 2.5 ps FWHM). Des spectres
XANES hors équilibre ont été enregistrés et montrent une évolution du pré‐seuil similaire aux
mesures publiées au LBNL. Le rapport signal/bruit permet de résoudre l’évolution des
structures post‐flanc et de déduire la dynamique de la perte d’ordre cristallin.
Pour observer un décalage spectral du pré‐seuil, et valider (ou non) le « bond‐hardening », une
résolution temporelle plus courte est nécessaire, et devrait être prochainement atteinte avec la
source X bêtatron au LOA.
[1] E. Bévillon et al. Phys. Rev. B 85, 115117 (2014).
[2] R. Ernstorfer et al. Science 323, 5917 (2009).
[3] B. I. Cho et al. Phys. Rev. Lett. 106, 167601 (2011).
[4] F. Dorchies et al. Rev. Sci. Inst. 86, 073106 (2015).
61
18. Determination of the degree of circular polarization and helicity of high order harmonics generated from bicircular counter‐rotating and 2 fields
K. Veyrinas1, V. Gruson2, S. J. Weber2, L. Barreau2, T. Ruchon2, J. C. Houver1, B. Carré2, R. R.
Lucchese3, P. Salières2, and D. Dowek1
1, Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, Bât. 350, Université Paris‐Sud 11 et CNRS, 91405 Orsay
Cedex, France 2, CEA‐Saclay, IRAMIS, Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers, 91191 Gif‐sur‐Yvette, France
3, Department of Chemistry, Texas A&M University, College Station, Texas 77843, USA
Elliptically and circularly polarized ultrashort sources are of particular interest since they give
the possibility to perform, e.g., dynamical studies of circular dichroism in dilute [1] and
condensed [2] matter. In this context, different high‐order harmonic generation schemes with
inherent symmetry breaking based on the polarization of the generating beam (elliptical or
bicircular counter‐rotating fields) or on an anisotropic medium (e.g. aligned molecules) have
been proposed. Nevertheless characterizing the polarization state of this XUV light is quite
difficult, and so only a partial retrieval is achieved most of the time.
Here we present the first complete characterization of the polarization state of quasi‐circular
high order harmonics generated in argon by using bicircular counter‐rotating (800 nm) and
2 (400 nm) fields. By complete we mean, in addition to the determination of the orientation of
the polarization ellipse, the challenging disentanglement of the circular and unpolarized
components of the XUV light, and the extraction of the sign of the ellipticity, so‐called helicity,
that defines the sense of rotation of the electric field vector’s tip.
The molecular polarimetry method [3] used in the present work relies on measuring molecular
frame photoelectron angular distributions (MFPADs) from dissociative photoionization (DPI)
processes induced by the XUV harmonic radiation, and takes advantage of the remarkable
property that the polarization state of the ionizing light is entirely encoded in the MFPAD in
terms of the Stokes parameters (s1, s2, s3).
[1] A. Ferré et al., Nat. Photonics 9, 93 (2015)
[2] O. Kfir et al., Nat. Photonics 9, 99 (2015)
[3] K. Veyrinas et al., Phys. Rev. A 88, 063411 (2013)
62
19. Molécules complexes carbonées sous excitation UVX : dynamiques induites de l’attoseconde à la picoseconde
Alexandre Marciniak1, Vincent Loriot1, Ludovic Quintard2, Victor Despré 1,3, Gabriel Karras1,
Fabrice Catoire2, Alexander I. Kuleff3, Éric Constant2 et Franck Lépine1
1 Institut Lumière Matière, UMR5306 CNRS Université de Lyon, 69622 Villeurbanne cedex, France
2 Université Bordeaux, CEA, CNRS, CELIA, UMR5107, F‐33400 Talence, France 3 Theoretische Chemie, PCI, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 229, D‐69120 Heidelberg, Germany
alexandre.marciniak@univ‐lyon1.fr – franck.lepine@univ‐lyon1.fr
La corrélation électronique dans une molécule complexe est une des difficultés principales du
problème à N corps. Un moyen d’exalter des effets multiélectroniques est la photo‐ionisation
UVX des électrons de valences internes de ces systèmes larges. Les états cationiques ainsi créés
résultent d’excitations d’ordre supérieur (de type « 2‐hole 1‐particle ») et leur dynamiques
subséquentes mènent à des considérations en dehors du cadre de l’approximation de Born‐
Oppenheimer.
Récemment, notre équipe a développé un dispositif expérimental capable de sonder les
dynamiques induites par des impulsions UVX, produites par HHG, de l’attoseconde à la
picoseconde [1]. En particulier, nous avons étudié la réponse des Hydrocarbures Aromatiques
Polycycliques à ce type d’excitation grâce à la spectroscopie de photoélectrons et de photo‐ions
résolue en temps dans un schéma de type UVX‐pompe IR‐sonde [2]. Les processus observés
s’intègrent à une vision multi‐échelle de la physique ultra‐rapide de ces molécules complexes et
permettent de mieux saisir l’importance des effets multiélectroniques et des couplages non‐
adiabatiques (Fig.1).
Fig. 1 : (a) Schéma de principe de la spectroscopie UVX‐pompe IR‐sonde et (b) rendement
d’ions du naphtalène résolu en temps sur l’échelle femtoseconde.
[1] V. Loriot et al., “Resolving XUV induced femtosecond and attosecond dynamics in
polyatomic molecules with a compact attosecond beamline,” J. of Phys. Conf. Series, vol. 635,
pp. 012006, 2015.
[2] A. Marciniak et al., “XUV excitation followed by ultrafast non‐adiabatic relaxation in PAH
molecules as a femto‐astrochemistry experiment,” Nat. Commun., vol. 6, pp. 7909, 2015.
63
20. Spectroscopie pompe‐sonde multi‐échelle par balayage optique asynchrone à fréquences arbitraires
L. ANTONUCCI*,1 X. SOLINAS,1 A. BONVALET,1 M. H. VOS,1 L. DANIAULT,1 M. JOFFRE,1
1Laboratoire d’Optique et Biosciences, Ecole Polytechnique, CNRS UMR7645, INSERM U1182,
91128 Palaiseau, France;
De nombreuses applications de spectroscopie pompe‐sonde résolue en temps, notamment sur
échantillons biologiques, visent à investiguer des dynamiques sur plusieurs ordres de grandeur
et nécessitent de pouvoir faire varier les retards pompe‐sonde sur un intervalle temporel
conséquent. Les techniques de balayage conventionnelles présentent des plages temporelles
limitées avec un gap autour de 10 ns, tandis que des méthodes plus avancées permettent
d’élargir les capacités de balayage [1], mais nécessitent des paires de lasers pompe‐sonde avec
des fréquences de répétition interdépendantes.
En nous inspirant du balayage optique asynchrone (ASOPS), nous avons développé une
nouvelle méthode appelée balayage optique asynchrone à fréquences arbitraires (AD‐ASOPS)
[2] qui permet d’exploiter des retards allant de 300 fs à 1 ms. L’AD‐ASOPS peut être appliqué à
une paire quelconque de lasers préexistants sans condition sur leur fréquence et avec un
montage optique très simple associé à un instrument électronique pour le calcul de chaque
retard pompe‐sonde. Il permet ainsi de multiplier les applications possibles des études pompe‐
sonde multi‐échelles.
L’AD‐ASOPS a été démontré aussi bien avec des oscillateurs femtosecondes mégahertz (Fig.1a)
[3] qu’avec des systèmes laser amplifiés (composants verts de Fig.1a) [4].
FIG.1 : a) Deux lasers non asservis génèrent des paires d’impulsions pompe‐sonde avec un
retard variable sur plusieurs ordres de grandeur. Le retard de chaque paire est calculé a
posteriori en utilisant la détection de coïncidence. b) Signal d’absorbance différentielle mesuré
dans le RC par AD‐ASOPS MHz.
La Fig.1b représente la dynamique de transfert d’électron dans le centre réactionnel (RC) de
Rhodobacter Sphaeroides. L’échelle de temps allant jusqu’à 200 ns a été obtenue avec un laser
64
de pompe CPO (oscillateur à impulsions à dérive de fréquence) à 5 MHz, associé à un laser de
sonde conventionnel à 80 MHz.
[1]. J. Bredenbeck, J. Helbing, and P. Hamm, Rev. Sci. Instr. 2004, 75, 4462‐4466.
[2]. L. Antonucci, X. Solinas, A. Bonvalet, and M. Joffre, Opt. Express 2012, 20, 17928‐17937.
[3]. L. Antonucci, A. Bonvalet, X. Solinas, M. R. Jones, M. H. Vos, and M. Joffre, Opt. Lett. 2013,
38, 3322‐3324.
[4]. L. Antonucci, A. Bonvalet, X. Solinas, L. Daniault, M. Joffre, Opt. Express 2015, 23, 27931‐
27940.
65
21. Ultrafast correlated electronic and nuclear motions in molecules interacting with strong laser fields : Disappearance of Fano Profile
Antoine Desrier, Jérémie Caillat, Richard Taïeb
Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Laboratoire Chimie Physique Matière et
Rayonnement, F‐75005, Paris, France
Attosecond‐resolved spectroscopy has expanded for the last 15 years, mainly through processes
and technologies involving High Harmonic Generation (HHG). This nonlinear phenomenon of
interaction between light and matter, well described by the so‐called three step model [1],
enable to carry out time‐resolved measurements of ultrafast nuclear and electronic dynamics in
atoms and molecules [2]. One ultrafast processus of interest is Fano resonance, occurring when
a discrete state (an autoionizing state) is embedded into a continuum [3]. The two channels
(direct ionization and autoionization) can interfere and these interferences result in an
asymmetric profile of the ionization cross section. Therefore, it is obviously governed by
electron‐electron interaction. Whereas Fano theory enables predicting the asymptotic shape of
the photoelectron signal, it fails to explain the temporal formation of the latter [4][5]. Besides, in
molecules, where nuclear motion takes place on the same timescale than the metastable state
lifetime (fs), it is not able to account for vibronic correlations [6].
As a result, in order to follow and explain those ultrafast correlated motions, one has to solve
directly the Time‐ Dependent Schrödinger Equation (TDSE), implying to take into account
several degrees of freedom, which results in very long time of calculation, even for small
molecular systems. In this work, we theoretically investigate ultrafast dynamics of small
molecules (Fano resonance in N2) using a versatile dimension reduced model. Indeed, we have
developed an approach based on scattering theory. We consider one or more ionization
channels, each defining the ionization of one electron from one considered orbital. These
channels are coupled by some model couplings depending on physical consideration. This
model of 1D for electron and 1D for nuclei enables to reproduce mainly the total wavefunction
behaviour, at a reduced cost. Thus, the one active electron approximation, valid for ionization
and high harmonic generation, opens the way to follow the build‐up in time of the Fano
profile in atoms and frozen molecules, but also explain how the vibrational dynamics can
influence the shape of the photoelectron spectrum.
Fig. 1 Principle of Fano
resonance [5] (on the left)
and build‐up in time of
Fano Profile (on the right)
[1] Lewenstein M et al. Phys. Rev. A 49, 2117 (1994).
[2] M. Drescher et al. Nature 419, 803 (2002).
[3] U. Fago, Phys. Rev, 124, 1866‐78 (1961).
[4] Mercouris et al. Phys. Rev. A 75, 013407 (2007)
[5] Wickenhauser et al. Phys. Rev. Lett. 94, 023002 (2005)
[6] Medisauskas et al. New J. Phys. 17 053011 (2015)
66
22. Study of incommensurate misfit layer compound (LaS)1.196VS2 by time resolved infrared pump‐probe spectroscopy
1M. Lejman, 1G. Galle, 1J. Faure, 2L. Cario, 1D. Boschetto
1 LOA, ENSTA ParisTech, CNRS, Ecole Polytechnique, 91761 Palaiseau, France
2 Institut des Materiaux Jean Rouxel, CNRS, Universite de Nantes, 44322 Nantes, France
(LaS)1.196VS2 (LaVS3) is a member of misfit layered chalcogenide family characterized by
nonstochiometric ratio of (LaS) and (VS2), which form alternate stacks of layers that give rise to
2D system with structural misfit leading to aperiodicity in one direction. Incommensurability
weakens interlayer interactions and potentially enhances quasi 2D nature of both electronic and
magnetic properties along with mutual lattice modulation affecting electronic structure, what in
consequence can lead to localization of carriers.
In this study LaVS3 material was examined by time resolved infrared pump‐probe spectroscopy
in which sample is excited by ultrashort laser pump pulse, and subsequent evolution of the
transient reflectivity is detected by delayed probe pulse, allowing to study ultrafast phenomena
on timescales of tens of fs (10‐15 s). We realized pump‐probe experiment at different pump and
probe wavelength in the near infrared range.
In the transient reflectivity measurement, relatively strong response of LaVS3 was detected,
together with a very fast relaxation just after excitation (order of 200 fs), in accordance with
strongly enhanced carrier scattering process deduced from Drude model. For some sets of
pump‐probe wavelengths, short living oscillation of signal at frequency close to 3 THz was
observed, suggesting coherent lattice motion (possibly of sublayer stacks due to charge
transfer). Finally at selected photon energies long living switch of probe reflectivity change was
revealed. Such fluence depending effect suggests existence of two competitive mechanisms and
likely photoinduced phase transition in LaVS3.
67
23. Molecular Double Core Hole Spectroscopy: The Role of Electronic and Nuclear Dynamics in Carbon Monoxide
Solène Oberli, Nicolas Sisourat, Patricia Selles, Stéphane Carniato
Sorbonnes Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Laboratoire de Chimie Physique Matière et
Rayonnement, F‐75005, Paris, France
X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) is a well‐known sensitive and selective mean to access
electronic and structural properties of molecules: the binding energy of a core electron is both
characteristic of the atomic species and sensitive to the molecular chemical environment. Higher
sensitivity may be reached using double core hole (DCH) spectroscopy, in which two inner‐
shell electrons are ejected from a molecule. The chemical shift is significantly enhanced when
the two core holes are located on different atoms (two‐site DCHs) [1,2] compared to the single‐
site DCH configuration, where a single atom is doubly ionized in the core shell. As a
consequence, two‐site DCH states formation allows to probe equivalent atoms, which may be
indistinguishable by conventional XPS.
Study of doubly core‐ionized molecules received a strong impetus since 2009 through the recent
and rapid development of X‐ray free electron lasers (XFELs). Despite the very small cross
sections of DCH states compared to singly ionized species, XFELs open the possibility to
produce DCH states by sequential X‐ray two‐photon absorption [3], as shown in Fig. 1. The
theoretical description of this X‐ray two‐photon photoelectron spectroscopy (XTPPS) is
challenging owing to the competition between x‐ray photon absorption, nuclear dynamics and
electronic relaxation by Auger decay which all occur at similar timescales. Therefore, a full
time‐dependent treatment of these processes is required, but previous studies are limited to
classical rate‐equation models for describing the time evolution in the different ionization
channels [3,4].
Fig. 1 Single‐site and two‐site DCH formation by the successive absorption of two X‐ray
photons of energy hn, which is higher than the double ionization potential DIP of the diatomic
molecule AB. K and V denote the K‐ and valence shells, respectively.
In this work, we present the methodology and the numerical implementation of a complete
description of XTPPS. Our model takes into account for the first time all competitive processes.
Vibrationally resolved photoelectron spectra of singly and doubly ionized isolated carbon
monoxide are calculated using a full quantum description of the nuclear motion, which
includes explicitly the laser pulse and the Auger decay of the unstable core‐ionized states.
68
[1] L. S. Cederbaum, F. Tarantelli, A. Sgamellotti and J. Schirmer, On double vacancies in the core, J. Chem. Phys.
85, 6513‐6523 (1986).
[2] L. S. Cederbaum, Many‐body theory of multiple core holes, Phys. Rev. A 35, 622 (1987).
[3] R. Santra, N. V. Kryzhevoi and L. S. Cederbaum, X‐ray two‐photon photoelectron spectroscopy: a theoretical
study of inner‐shell spectra of the organic para‐aminophenol molecule, Phys. Rev. Lett. 103, 013002 (2009).
[4] C. Buth, J.‐C. Liu, M. H. Chen, J. P. Cryan, L. Fang, J. M. Glownia, M. Hoener, R. N. Coffee and N. Berrah,
Ultrafast absorption of intense x rays by nitrogen molecules, J. Chem. Phys. 136, 214310 (2012).
69
24. Anabaena Sensory Rhodopsin : Effect of the mutation on the reaction dynamics
Damianos Agathangelou1, Youssef El Khoury1, Kwang Hwan Jung2, Jeremie Leonard1, Stefan
Haacke1
1 IPCMS, Université de Strasbourg, CNRS, 67034 Strasbourg, France
2 Sogang University, Seoul, South Korea
Anabaena sensory rhodopsin is a retinal protein that binds the protonated Schiff base of retinal
(PSBR) in two ground state conformations: all‐trans, 15‐anti (AT) and 13‐cis, 15‐syn (13C). Both
isomers undergo two distinct photo‐cycles that interconvert on a millisecond time scale [1]. The
isomer ratio is dependent on external light conditions (intensity and wavelengths), leading to
the hypothesis that the microbial organism uses ASR as a color sensor.
In the context of femtosecond spectroscopy and the long‐standing question as to how the
protein enviroment controls the photo‐isomerization reaction speed and quantum yield (QY),
ASR offers the intriguing opportunity to study the isomerization of both PSBRs in the same
enviroment [2]. This is even more relevant as recent investigations of the light‐ and dark‐
adapted proteins by ultrafast transient absorption allowed to single out the dynamics of each
isomer [3], and showed that the excited state lifetimes (ESL) of both isomers differ by a factor of
almost 7 (13C: 110fs; AT: 0.75ps). Recently, we showed that despite a longer ESL of AT, its
photoisomerization quantum yield is 2.7 times higher than for 13C [3]. This is due to both
properties being related to different regions of the excited state potential energy surfaces
(Franck‐Condon vs. conical intersections).
As an extension of our previous work, investigations for addressing the influence of the protein
enviroment are under way, involving point mutations of amino acids that are predicted to
influence the PSBR ESLs (M. Olivucci). Preliminary results that reveal the effect of the mutation
on the reaction dynamics were obtained by using femtosecond broadband pump‐probe
spectroscopy (sub‐30fs temporal resolution) and are illustrated in present poster. Interestingly,
for some mutants 13C and AT show almost the same sub‐200fs ESLs. In addition the formation
of the K‐intermediate state takes place in the same timescale as for the Wild Type ASR (~2‐3 ps).
[1] A. Kawanabe and H.Kandori, Sensors, 2009, 9, 9741‐804
[2] A. Wand et al, J. Am. Chem. Soc, 2011, 133, 20922‐20932
[3] A. Cheminal et al, Phys. Chem. Chem. Phys, 2015, 17, 25429‐25439
70
25. Can the charge‐density‐wave of chromium slide?
V.L.R. Jacques1, C. Laulhé2, N. Moisan1, S. Ravy1, D. Le Bolloc’h1
1. Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Univ. Paris‐Sud, Université Paris‐Saclay, 91405 Orsay
Cedex, France. 2. Synchrotron Soleil, L’Orme des Merisiers, Saint‐Aubin, BP 48, FR‐91192 Gif‐sur‐Yvette Cedex, France.
Understanding the interplay between spin, charge and lattice is a major issue in condensed
matter. Chromium is a typical system having complex electronic and magnetic ground states
despite a basic crystallographic structure [1]. Below 311 K, a spin‐density‐wave appears with
twice the period of a charge‐density‐wave (CDW)/strain wave modulation. DWs are
incommensurate in chromium: whatever their position as respect to the atomic lattice,
energetically equivalent states are found, allowing, in some case, DWs to slide when an external
force is applied [2]. However, all attempts to induce sliding failed in 3D systems like chromium
[3]. Here we show that few nanoseconds after a femtosecond laser pulse excitation, the CDW
undergoes different structural changes than the atomic lattice [4]. Using time‐resolved x‐ray
diffraction, we give evidence for a transient CDW rotation that breaks the lattice point
symmetry. This shear is characteristic of sliding CDWs, indicating the possible laser‐induced
CDW sliding capability. This first evidence opens perspectives for unconventional transport of
correlated charges.
Figure: Schematics of the CDW and atomic lattice temporal evolution after femtosecond laser
excitation, in real and reciprocal space. At �t ~10 ns, the CDW and atomic lattice directions are
no longer collinear, most probably because of the presence of a local pinning center for the
CDW, indicating that the CDW can decouple from the atomic lattice, and possibly slide.
[1] Fawcett, E. Spin‐density‐wave antiferromagnetism in chromium. Rev. Mod. Phys. 60, 209‐283 (1988).
[2] Monceau, P., Ong, N. P., Portis, A. M., Meerschaut, A. & Rouxel, J. Electric field breakdown of charge‐density‐
wave‐induced anomalies in NbSe3. Phys. Rev. Lett. 37, 602 (1976).
[3] Parker, I. D. & Zettl, A. Spin‐density‐wave pinning in chromium. Phys. Rev. B 44, 5313 (1991).
[4] Jacques, V.L.R., Laulhé, C., Moisan, N., Ravy, S. & Le Bolloc’h, D. Laser‐induced charge‐density‐wave transient
depinning in chromium. Accepted PRL 2016)
71
26. Orientation & alignement torsionnel moléculaire avec des pulses térahertzs
L. H. Coudert
Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, CNRS, Univ. Paris‐Sud et
Paris‐Saclay, 91405 Orsay
Les développements expérimentaux des pulses térahertzs ouvrent de nouveaux horizons pour
le contrôle de la dynamique moléculaire. En utilisant, par exemple, la rectification optique, il est
possible de produire des pulses térahertzs caractérisés par un champ électrique d’une intensité
dépassant 500 kV/cm et d’une durée de l’ordre de la picoseconde. Dans ce poster on va
s’intéresser aux effets de tels pulses sur différents systèmes moléculaires, allant du cas simple
de la molécule diatomique au cas plus complexe de la molécule polyatomique non‐rigide.
L’évolution du système sera calculée en résolvant numériquement l’équation de Schrödinger
dépendante du temps décrivant la molécule et le couplage avec le champ électrique.
Dans le cas de molécules diatomiques ou polyatomiques rigides, on s’attachera à comprendre
les effets du pulse térahertz sur les degrés de liberté externes correspondant àl’orientation. Dans
le cas des molécules polyatomiques non‐rigides, on modélisera ces effets pour des degrés de
liberté internes et plus spécifiquement pour un angle torsionnel.
Un des applications des pulses térahertzs concerne le contrôle cohérent optimal qui va nous
permettre d’amener un système moléculaire dans un état préalablement choisi. La figure
cidessous illustre le résultat auquel on peut aboutir dans le cas de l’orientation de la molécule
H2S. On peut voir les variations du cosinus directeur Zx, entre l’axe Z du laboratoire et l’axe
C2, quand la molécule est soumise à un pulse térahertz adéquate destiné à maximiser son
orientation au bout de 20 ps.
1. Adresse électronique : laurent.coudert@u‐psud.fr
72
27. A Functional Ultrafast Transmission Electron Microscope in Strasbourg
Banhart F1, Bücker K1, Picher M1, Derouet JP2, Brunetti G2, LaGrange T3, Reed BW4, Masiel D4
1Institut de Physique et Chimie des Matériaux, Université de Strasbourg, CNRS, 23 rue du Loess, 67034
Strasbourg, France 2JEOL Europe SAS, 1 Allée de Giverny, 78290 Croissy‐sur‐Seine, France
3Interdisciplinary Center of Electron Microscopy, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, CH‐1015 Lausanne 4Integrated Dynamic Electron Solutions, Pleasanton CA, USA
In the past decades, spatial resolution of Transmission Electron Microscopes (TEM) has been
improved down to the sub‐Angstrom range. More recently, studies have begun to focus on in‐
situ experiments for imaging a variety of dynamic processes at the atomic scale. However, most
of the nanoscale processes occur at very short time scales, in the micro‐ to femtosecond domain.
Studies on such processes are limited by the acquisition frequency of the TEM detectors (~kHz
in the best case), thus missing the salient details of the sample dynamics, e.g. defect processes,
phase transformations, or nucleation phenomena. A much higher temporal resolution can be
obtained using short electron pulses in a pump‐probe approach, i.e. ultrafast TEM (UTEM). The
equipment is based on a JEOL 2100 transmission electron microscope combined with a
femtosecond fiber laser. An initial infrared laser beam (1030 nm, pulse length 370 fs) is split into
two beams. One is focused onto the specimen and excites the material (IR or frequency‐doubled
515 nm green pump). The second beam is frequency‐quadrupled into ultra‐violet (257 nm) and
then focused onto the photocathode of the TEM gun to generate electron pulses via
photoemission. The delay between both pulses is controlled by tuning the path length of one
laser beam with respect to the other, using a high‐precision optical delay line (fig.1).
Two different operating modes can be carried out i) Single shot mode, required for studying
irreversible processes, using a unique high intensity pulse with a sufficient number of electrons
(>108) to capture single‐shot images of transient states in the material on nanosecond to
microsecond timescales ii) Stroboscopic mode which allows studying reversible processes with
high spatial and energy resolution through the accumulation of millions of low‐intensity
electrons pulses (1‐1.000 electrons) with up to 40 MHz repetition rates. The microscope is also
equipped with an electron energy‐loss spectrometer (EELS) probing chemical bonds, physical
and chemical environment.
The first results show comparable image resolution (0.23 nm) in the thermionic and the pulsed
photoelectron mode. Lattice resolution of metals can be observed with photoelectrons (fig.2a,
without exciting the specimen with the laser pump). The shortest electron pulses obtained were
1.5 ps long. The energy resolution for EELS in the photoelectron mode is 0.7 eV (fig.2b) which is
better than in the conventional thermionic mode (1.6 eV). Of course, maximizing the signal to
noise ratio requires a high number of electrons per pulse which favors electron‐electron
interactions and tends to generate temporal and energy broadening of the electron pulses.
Extensive studies have been carried out to understand electron beam dynamics and the
influence of the experimental parameters (photocathode type and position, bias applied in the
gun, number of photoelectrons in a pulse etc.), so that tradeoffs between energy and temporal
resolution as well as beam intensity can be made in order to match various experimental needs.
73
Figure 1. Simplified schematic drawing of the ultrafast TEM.
Figure 2. a) Gold nanoparticle with atomic resolution, measured in the photoelectron imaging
mode, without laser on the specimen. b) Zero‐loss peak showing the EELS resolution in the
photoelectron mode.
74
28. Using VUV fs pulses to control dissociative/non‐dissociative ionization rates of H2 and D2
F. Holzmeier,1,2 M. Hervé,1 M. Meyer,3 T. Baumann,3 A. Achner,3 F. Martín,4 A. Palacios,4 R.
Bello, 4 H. Bachau,5 D. Gauthier6, E. Roussel6, M. Di Fraia,6 R. Richter,6 Paola Finetti,6 O. Plekan, 6
K. Prince,6 C. Callegari6, D. Dowek,1
1Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, 91405 Orsay, FRANCE
2Synchrotron SOLEIL, 91192 Gif‐sur‐Yvette, FRANCE.
3European XFEL, 22607 Hamburg, GERMANY.
4Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, SPAIN.
5Université de Bordeaux, 33405 Talence, FRANCE.
6Elettra‐Sincrotrone Trieste, 34149 Basovizza, ITALY.
A prototype study of the role of nuclear degrees of freedom (DOF) of a resonantly populated
intermediate neutral state in a two‐photon ionization reaction is presented. The unique
properties of the FERMI free electron laser (FEL) in delivering bright VUV femtosecond pulses
(fs) were exploited to ionize H2 and D2 molecules by two photons in the 12 – 15 eV energy
range. For this process, computations performed in the group of F. Martín [1,2] predict that
varying the vibrational DOF of an electronic state, such as the H2(B1Σu+) state, strongly
influences the ratio between dissociative (DI) and non‐dissociative ionization (NDI), leading to
situations where DI even dominates – an exceptional feature in valence shell ionization. Tuning
the FEL wavelength in the range of 83‐102 nm (�) to excite selected vibrational levels of the
B1Σu+ state or the C1Πu state enabled us to vary the nuclear distance expansion of the resonant
intermediate states, and the subsequent population of the ionization continuum after absorption
of a second photon � during the FEL pulse duration (100 fs). As shown in Fig. 1, this controls
indeed the ratio between DI and NDI. A clear relationship between this ratio and the resonantly
excited vibrational level was identified both for molecular hydrogen H2 and D2. In parallel,
electron and fragment ion velocity map images (VMI) were recorded and yield further insight
into the ionization dynamics governed by the nuclear DOF of the intermediate state. The
distribution of the excess energy can be determined from the ion and electron kinetic energy
spectra and the angular distributions of the H+ and D+
ions enable to determine the symmetry of the
resonantly excited intermediate state of H2 and D2,
respectively. Figure 1: Comparison of the ion mass spectra
for one‐photon ionization and two‐photon resonant
ionization. Acknowledgments: We thank the members
of the FERMI Team at Elettra‐Sincrotrone Trieste, whose
work made this experiment possible.
[1] A. Palacios H. Bachau, F. Martín, Phys. Rev. Lett. 96, 143001 (2006). [2] J. F. Pérez‐Torres, J. L. Sanz‐Vicario, H.
Bachau, F. Martín, J. Phys. B 43, 015204 (2010).
75
29. Laser‐induced Ultrafast Melting of metallic samples Investigated by X‐rays
A. Lévy, S. Cervera, M. Hatifi, E. Lamour, S. Macé, C. Prigent, J. P. Rozet, S. Steydli, M.
Trassinelli and D. Vernhet Institut des Nanosciences de Paris, Sorbonne Université ‐ Pierre et Marie Curie, CNRS UMR 7588, 75005
Paris, France
J. Gaudin, B. Chimier, N. Fedorov, P. Martin, Y. Mairesse, Irene Papagiannouli Univ. Bordeaux, CNRS, CEA, CELIA (Centre Lasers Intenses et Applications), UMR5107, F‐33405
Talence, FRANCE
R. Grisenti Institut für Kernphysik, J. W. Goethe Universität Max‐von‐Laue‐Str. 1, 60438 Frankfurt (M), GERMANY
K. Ueda and Y. Ito IMRAM, Tohoku University, Sendai 980‐8577, JAPAN
P. Combis, V. Recoules, L. Soulard, L. Videau CEA, DAM, DIF, F‐91297 Arpajon, FRANCE
M. Patanen University of Oulu, Nano and Molecular System Research Unit, Oulu, FINLAND
F. Boudjada and D. Amans Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière, F‐69622, Villeurbanne,
FRANCE
C. Nicolas and J. Bozek Synchrotron SOLEIL, L’Orme des Merisiers, Saint‐Aubin, BP 48, F‐91192 Gif‐sur‐Yvette Cedex, FRANCE
The aim of this research study is to understand phase transitions occurring in metallic materials
irradiated by femtosecond laser pulses [1‐4]. This specific interaction is characterized by the
ultrafast energy deposition timescale related to the very short duration of these laser pulses. In
these conditions, the laser pulse energy is, in the first stage, deposited in the electronic
population while the lattice sub‐system remains cold and unperturbed. This leads to the
creation of the so‐called out‐of‐equilibrium regime of matter owing to specific properties of
matter which remain poorly described by theoretical models [5]. This prevents the prediction
and control of the matter relaxation.
Improving our understanding of the underlying mechanisms during the matter relaxation is
crucial since the development of powerful and reliable femtosecond lasers has attracted
numerous academic and industrial interests [6]. This growing use of femtosecond lasers
together with the difficulty of theoretically describe this regime of laser‐matter interaction
appeals for the development of experimental measurements able to retrieve the matter
relaxation after irradiation.
Preliminary results of this research project together with the long‐term strategy will be
presented. It is based on the matter relaxation probing thanks to time‐resolved photoemission
electron spectroscopy (PES) measurements [7]. This has been achieved on laser‐induced XUV
sources (High order Harmonic Generation) for bulk samples of gold in the pump fluence range
of few hundreds of J/m². This proof‐of‐principle experiment paves the way for time‐resolved
PES measurements on free‐standing nanoparticles [8‐10] which are of great interest for a large
amount of technological applications. Such long‐term development is dedicated to be
performed on large‐scale Free Electron Laser facilities.
76
[1] J. Chen et al., Time‐resolved structural dynamics of thin metal films heated with femtosecond optical pulses,
PNAS 108, 18887 (2011).
[2] W. L. Chan et al., Solidification Velocities in Deeply Undercooled Silver, Phys. Rev. Lett. 102, 095701 (2009).
[3] J. N. Clark et al., Imaging transient melting of a nanocrystal using an X‐ray laser, PNAS 112, 7444 (2015).
[4] N. Wang et al., Ultrafast laser melting of Au nanoparticles: atomistic simulations, J. Nanopart. Res. 13, 4491
(2011).
[5] Z. Lin and L. V. Zhigilei, Electron‐phonon coupling and electron heat capacity of metals under conditions of
strong electron‐phonon nonequilibrium, Phys. Rev. B 77, 075133 (2008).
[6] S. Hashimotoa, et al., Studies on the interaction of pulsed lasers with plasmonic gold nanoparticles toward light
manipulation, heat management, and nanofabrication, J. Photochem. Photobio. C 13, 28 (2012).
[7] D. E. Eastman, Photoemission Spectra for Liquid and Crystalline Au, Phys. Rev. Lett. 26, 1108 (1971).
[8] O. Sublemontier, et al., X‐ray Photoelectron Spectroscopy of Isolated Nanoparticles, J. Phys. Chem. Lett. 5, 3399
(2014).
[9] M. Tchaplyguine, et al., Gold Oxide Nanoparticles with Variable Gold Oxidation State, J. Phys. Chem. C 119,
8937 (2015).
[10]A. Lindblad, et al., A multi purpose source chamber at the PLEIADES beamline at SOLEIL for spectroscopic
studies of isolated species: Cold molecules, clusters, and nanoparticles, Rev. Sci. Instrum. 84, 113105 (2013).
77
30. Premières applications de spectroscopie femtoseconde à partir de rayonnement X polarisé et stable produit par un accélérateur laser plasma
B. Mahieu1, A. Lifschitz1, A. Döpp1, C. Thaury1, S. Corde1, J. Gautier1, E. Guillaume1, V.
Malka1, A. Rousse1, G. Lambert1, B. Vodungbo2, L. Lecherbourg3, N. Jourdain 3,4, F.
Dorchies4, K. Ta Phuoc1
1LOA, ENSTA – CNRS – Ecole Polytechnique, Palaiseau, France
Email: [email protected] 2LCPMR, UPMC, Paris, France
3CEA DAM, Bruyères‐le‐Châtel, France 4CELIA, Bordeaux, France
La spectroscopie dans le domaine des X (keV) résolue en temps à l’échelle de la femtoseconde
est accessible sur relativement peu de sources (les lasers à électrons libres en général). Il y a
donc un besoin croissant de sources compactes, brillantes, accordables en polarisation et en
spectre pour répondre à ce besoin. Une taille de source (sub‐)micrométrique est également
requise dans le cadre de la radiographie.
C’est dans ce contexte que sont développées les sources basées sur l’accélération laser‐plasma.
Dans cette interaction, se produisant sur une distance de quelques millimètres seulement, la
présence de champs transverses permet de faire osciller le paquet d’électrons relativistes,
générant ainsi un rayonnement X de durée femtoseconde, appelé bétatron.
Nous présentons ici les derniers développements de cette source et ses premières applications.
Fig. Expérience XANES résolue en temps : spectres d’absorption à travers un échantillon de
cuivre, pour différents délais de chauffage préalable. Le décalage du seuil pour un délai de 1 ps
traduit une réorganisation atomique.
78
31. ULTRAFAST STUDY OF THE MOTT MATERIAL BACO1‐XNIXS2
N. Nilforoushan1, E. Papalazarou1, M. Caputo1, L. Khalil1, L. Perfetti2, G. Lantz1, D. Santos‐
Cottin3, Y. Klein3, A. Gauzzi3, and M. Marsi1
1Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris Sud, Orsay, France 2Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole polytechnique, Palaiseau, France
3IMPMC, Sorbonne Universités, Université Pierre et Marie Curie,
CNRS, IRD, MNHN, Paris, France
A typical manifestation of strong electron correlations in materials is for instance the
correlation‐induced metal to insulator transition (MIT), which can take place by varying
pressure, temperature, or chemical substitution [1]. We focus on the two‐dimensional strongly
correlated compound BaCo1‐xNixS2 which undergoes a Mott phase transition from a
paramagnetic metallic phase to a paramagnetic insulating one. The phase diagram is shown in
fig. 1a.
This compound is currently attracting increasing attention because of its very peculiar
properties related to the combined effects of crystal field and strong spin‐orbit coupling [2,3].
We have performed some Angle Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES) measurements
on BaNiS2 which is the metallic precursor of the MIT, in order to sample its multi‐band
electronic structure near Fermi level, Fig 1b. In addition, a time resolved‐ARPES allowed us to
study the out‐of‐equilibrium dynamics of the system, fig 1c.
79
Fig 1. a) The phase diagram of BaCo1‐xNixS2. b) Fermi surface of BaNiS2 using 80eV photon
energy. High‐symmetry directions are shown. c) The integral of intensity along ΓM direction vs.
energy for both equilibrium and out‐of‐equilibrium system at T=30K. The inset shows that
Nickel d‐orbitals participate in the dynamics of the system with a relaxation time of about 400fs.
1.5eV laser pulses were used to pump the system and 6.3eV pulses were used as the probe.
[1] M. Imada, et al., Metal‐insulator transitions. Rev. Mod. Phys, 70, 1039 (1998).
[2] D. Santos‐Cottin et al., Rashba coupling amplification by a staggered crystal field. Nature
Communications, 7, 11258 (2016).
[3] D. Santos‐Cottin et al., Anomalous metallic state in quasi‐two‐dimensional BaNiS2. Phys.
Rev. B, 93, 125120 (2016).
80
32. SELF‐ORGANISED RESHAPING OF OPTICAL NANOANTENNAS IN STRONG FIELDS
Quentin Ripault 1, Liping Shi 2,3, Dominik Franz 1, Jose Andrade 2,3, Rana Nicolas 1, Bianca Iwan 1,2, Uwe Morgner 2,3,4, Milutin Kovačev 2,3,Willem Boutu 1, Hamed Merdji1
1 LIDYL, CEA, CNRS, Universite Paris‐Saclay, CEA Saclay 91191 Gif‐sur‐Yvette, France
2 Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany 3 QUEST, Centre for Quantum Engineering and Space‐Time Research, 30167 Hannover, Germany
4 Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, D‐30419 Hannover, Germany
SUMMARY
We investigate plasmonic enhanced third harmonic emission in gold bowtie nanoantennas
induced at high laser intensities. The damage of antennas with exponential decrease of the third
harmonic emission under vacuum conditions during time has been observed. The mechanism
responsible for the damage of the antennas can be attributed to ion emission induced by the
surface plasmons enhanced electric near‐field, rather than thermal melting. On the contrary,
when the nanostructures are immersed in nitrogen or argon gas, a steady increase of the third
harmonic emission for many minutes has been observed. This surprising behavior results from
a structural re‐arrangement of the gold ions in the strong field. The ambient gases attenuate the
ion emission during the reshaping process which creates new and interesting possibilities for
the usage of plasmonic optical nanoantennas in extreme nonlinear optics applications.
KEYWORDS : optical nanoantennas, nonlinear plasmonics, field adsorption, third harmonic
enhancement
INTRODUCTION
By confining the incoming light to a deep‐subwavelength area, plasmonic nanoantennas can be
used to control and manipulate optical fields at the nanoscale. In this paper, the optically
induced deformation of gold bowtie antennas induced by femtosecond pulses, and the resulting
rapid reduction of harmonic generation has been widely reported. Stability and performance in
vacuum and in gaseous media are compared.
EXPERIMENT
The experiment is schematically illustrated in Figure 1(a). The pulse output from a femtosecond
oscillator with a repetition rate of 100 MHz and energy of 0.8 nJ is tightly focused in a 7μm
diameter focal spot onto an array of gold bowtie dimmers (Figure 1(b)). The gold bowties are
manufactured by focused ion beam milling on a sapphire substrate. The length and apex angle
of a single gold triangle nanostructure are 175 nm and 30o, respectively. The dimers have a gap
size of 10 nm and are optimized for the laser wavelength of 820 nm with a near‐field
enhancement factor of ~10. The laser polarization is parallel to the dimeric orientation of the
bowties. These bowtie‐shaped structures were arranged in square arrays of 12 μm x 12 μm.
These dimeric optical antennas confine the incident laser energy into the gap between their two
81
opposing tips. A photo multiplier with single photon counting ability is employed to measure
THG from the sapphire.
OBSERVATION AND DISCUSSION
The temporal behavior of the THG signal emitted from the bowtie antenna arrays in vacuum
(10‐3 mbar) has been measured (Figure 1 (d)). Within six minutes, the THG signal decreases
exponentially. The irradiation of the antennas with high intensity femtosecond pulses rapidly
alters the antenna structures (Fig. 1.b‐c). However, this process occurs only at the tips, which
suggests that the observed deformation is due to field ion emission induced structural
breakdown instead of melting. As a result, the charged particles are accelerated along the
electric field directions and finally accumulate along preferred trajectories constrained by the
laser polarization axis.
In a second set of measurements, we fill the vacuum chamber with pure nitrogen resulting in an
ambient pressure of 103 mbar, and measure the time evolution of THG radiation. The results are
given in Figure 2(c). The signal is observed to increase logarithmically with the accumulated
irradiation of laser pulses. The increase of THG emission and robustness of antennas in nitrogen
can be ascribed to field‐induced adsorption [1] of nitrogen molecules at the apex of the gold
bowtie leading to significantly reduction of the ion evaporation rate [2].
We observe a sharply concave profile in the gap (Figure 2(c)). This reshaped structure is likely
to affect the performance of the nanoantenna and its capability for the THG emission, due to the
high dependence of the coupled plasmon resonance on the profile of the adjacent tips [3]. It can
be seen from Figure 2 (b) that the maximal THG signal is about six times higher than the initial
value. This corresponds to a near‐field enhancement by a factor of 1.8 due to laser induced
reconfiguration of the bowtie tips, since the THG is in cubic dependence on the laser intensity.
The signal peaks after 25 minutes of illumination (Figure 2(c)). This leads to a strong increase of
the bowtie damage threshold in nitrogen, which is measured to be 36 V/nm, much higher than
the threshold of 7 V/nm in vacuum. Thereafter, the harmonic flux gradually decreases back to a
saturable intensity, which is about a factor of 1.5 higher than the initial value.
82
Fig. 2: (a) Measured temporal behavior of THG emission from three bowtie arrays immersed in
103 mbar of pure nitrogen, (b) THG spectra from the same antennas at the beginning of
exposure (bottom curve, green) and at the end of laser illumination (upper curve, blue). (c) Final
structure after long‐term irradiation. (d) SEM image of antennas corresponding to the sample
tested in figure (c).
CONCLUSION
In addition to thermal effects, there exists another channel responsible for the optical
deformation of bowtie nanoantennas, i.e. field ion emission originating from coupled plasmons
enhanced ionization and ejection of gold atoms from the surface. However, it is shown that the
field emission of bowties in a surrounding gaseous medium is extremely suppressed due to
field‐induced adsorption. This leads to a strong increase of the bowtie damage threshold in
nitrogen. The considerable inhibition of field emission at the apex via the adsorption of nitrogen
molecules enables the reconstruction of nanoantenna tips via surface diffusion. This reshaping
results in a progressive enhancement of THG from bowtie antennas as a function of irradiation
time.
[1] Wang, R. L. C.; Kreuzer, H. J.; Forbes, R. G. Surf. Sci. 1996, 350, 183‐205.
[2] Kern, J.; Kullock, R.; Prangsma, J.; Emmerling, M.; Kamp, M.; Hecht, B. Nat. Phot. 2015, 9,
582‐586.
[3] Schuck, P. J.; Fromm, D. P.; Sundaramurthy, A.; Kino, G. S.; Moerner, W. E. Phys. Rev. Lett.
2005, 94, 017402
83
33. Etude de l’Interatomic Coulombic decay dans les agrégats d’hélium : la méthode ”diatomics‐in‐molecule”
Sévan Kazandjian, Tsveta Miteva, Nicolas Sisourat
Sorbonne Universit´es, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Laboratoire de Chimie Physique Matière et
Rayonnement, F‐75005, Paris, France
L’Interatomic Coulombic decay (ICD) [1] est un phénomène de déclin électronique non‐radiatif
observé dans de nombreux systèmes polyatomiques tels que des agrégats de gaz rare [2,3], ou
d’eau [4]. Dans le cas des agrégats d’hélium, un atome est simultanément ionisé et excité ;
l’excès d’énergie étant finalement transféré à un atome voisin, ce qui ionise ce dernier (voir Fig.
1). Après le déclin, l’agrégat contient deux ions He+ et se dissocie par répulsion coulombienne.
Nous avons implémenté une méthode “diatomics‐in‐molecules” [5‐9] qui permet, pour la
première fois, de d´écrire de manière théorique l’ICD dans des agrégats d’hélium au‐delà du
dimère. De tels agrégats servent de matrice pour refroidir une molécule sous l’échelle du Kelvin
afin de réaliser par exemple de la spectroscopie `a haute résolution [10]. Cependant, il est
expérimentalement très délicat de contrôler la taille d’un agrégat d’hélium.
Nous avons calculé de manière théorique le temps de vie ICD d’agrégats d’hélium contenant
entre 3 et 55 atomes, et nous en avons rationalisé l’éévolution. Comme le temps de vie ICD est
une observable expérimentale, ces résultats représentent le premier pas vers une méthode
permettant de sonder expérimentalement la taille d’un agrégat d’hélium.
Fig. 1 Schéma de l’ICD dans le dimère d’hélium.
[1] L. S. Cederbaum et al, Giant Intermolecular Decay and Fragmentation of Clusters, Phys.Rev.Lett.79, 4778
(1997).
[2] V. Averbukh et al. Dynamical Processes in Atomic and Molecular Physics 29, Bentham Science Publishers
(2012).
[3] T. Jahnke et al. Ultralong‐range energy transfer by interatomic Coulombic decay in an extreme quantum
system, Nature Physics, 6, 139 (2010).
[4] M. Mucke et al. A hitherto unrecognized source of low‐energy electrons in water, Nature Physics,6, 143 (2010).
[5] F.O. Ellison, J. Am. Chem. Soc. A Method of Diatomics in Molecules. I. General Theory and Application to H2O,
85, 3540 (1963).
[6] P.J. Kuntz and J. Valldorf, A DIM model for homogeneous noble gas ionic clusters, Z. Phys. D ‐ Atoms,
Molecules and Clusters 8, 185 (1988).
84
[7] R.B. Gerber, D. Shemesh, M.E. Varner, J. Kalinowski and B. Hirshberg, Ab initio and semi‐empirical Molecular
Dynamics simulations of chemical reactions in isolated molecules and in clusters , Phys. Chem. Chem. Phys. 16,
9760 (2014) (and references therein).
[8] D. Bonhommeau, A. Viel and N. Halberstadt, Fragmentation dynamics of ionized neon trimer inside heliu m
nanodroplets: A theoretical study, J. Chem. Phys. 120, 11359 (2004).
[9] N. Sisourat, S. Kazandjian, A. Randimbiarisolo and P. Kolorenˇc, Interatomic Coulombic decay widths of
helium trimer: A diatomics‐inmolecules approach, J. Chem. Phys, 144, 084111 (2016)
[10] S. Yang, A. M. Ellis, Helium droplets: a chemistry perspective, Chem. Soc. Rev., 42, 472‐484 (2013)
85
34. Dynamique de relaxation électronique d’un atome métallique déposé sur agrégat d’argon
S. Awali1,2, L. Poisson1, B. Soep1, J.‐M. Mestdagh1, M. Ben El Hadj Rhouma2, J. Douady3, B.
Gervais3
1,LIDYL, CEA, CNRS, Université Paris‐Saclay, CEA Saclay, 91191 Gif‐sur‐Yvette CEDEX, France 2 EMIR, Institut Préparatoire aux Etudes d’Ingénieurs, Monastir, Tunisie
3 CIMAP, UMR CEA‐CNRS‐ENSICAEN‐UCBN 6252 BP 5133, F‐14070 Caen, Cedex 05, France
Le but de ce travail est d’étudier le comportement d’un atome métallique soumis à une
excitation électronique lorsqu’il est dans un environnement confiné. Cette étude a été conduite
en combinant une approche théorique et expérimentale. Nous nous sommes focalisés sur la
dynamique d’un atome de potassium ou de baryum déposé sur un agrégat constitué de
quelques centaines d’atomes d’argon. Nous avons étudié l’absorption vers les premiers états
excités, 2P pour K et 1P pour Ba. Nous avons utilisé la technique REMPI afin de déterminer la
position expérimentale des bandes d’absorptions atomiques perturbées par l’agrégat. Nous
avons ainsi observé une bande et une bande associées aux premiers états excités de l’atome
en interaction avec l’agrégat. Nous avons aussi pu accéder à l’environnement final de l’atome
en fonction de l’énergie du photon d’excitation1. Nous avons ainsi pu observer des différences
notables de comportement entre le baryum et le potassium lors d’excitation dans la bande :
un mécanisme de solvatation où le baryum reste sur lʹagrégat et un mécanisme dʹexpulsion où
lʹatome de potassium quitte lʹagrégat.
Nous avons réalisé une modélisation pour l’atome de potassium. Cette démarche associe des
calculs dʹénergie potentielle, des explorations Monte Carlo des surfaces dʹénergie potentielle et
des simulations de dynamique moléculaire non‐adiabatique 2,3. Cette approche nous a permis
d’interpréter les résultats expérimentaux obtenus. Ces études spectroscopiques ont été
complétées par une étude dynamique pompe/sonde utilisant un laser femtoseconde accordable
qui nous a permis d’accéder à la dynamique de relaxation résolue en temps de l’atome excité
dans différentes bandes4.
1 S.Awali, L. Poisson, B. Soep, M.‐A. Gaveau, M. Briant, C. Pothier, J.‐M. Mestdagh, M. Ben E. Rhoum, M. Hochlaf,
V. Mazet, S. Faisan. Phys. Chem. Chem. Phys., 2014,16, 516‐526.
2J. Douady, S. Awali, B. Gervais, L.Poisson, B. Soep, J.‐M. Mestdagh ; J. Phys. Chem. A, 119 (23), 6074–6081 (2015)
3S. Awali, L.Poisson, M. Ben El Hadj Rhouma, J.‐M. Mestdagh ; J. Phys. Chem. A, 119, 9729−9738 (2015)
4S. Awali, M.‐A. Gaveau, M. Briant, J.‐M. Mestdagh, B. Soep, O. Gobert, R. Maksimenka and L. Poisson; submitted
to J. Phys. Chem. Chem. Phys (2016).
Adresse e‐mail : [email protected]
86
35. OUT‐OF‐EQUILIBRIUM SURFACE CARRIER DYNAMICS IN THE TOPOLOGICAL INSULATORS Bi2Te2Se AND Bi2Te3
L. Khalil 1,2, E. Papalazarou1, M. Caputo1, L. Perfetti3, N. Nilforoushan1, M. Konczykowski3, A.
Hruban4, A. Wołoś 5,6, A. Taleb‐Ibrahimi2, and M. Marsi1
1Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Univ. Paris‐Sud, Université Paris‐Saclay, 91405 Orsay
Cedex, France 2UR1‐CNRS/Synchrotron SOLEIL, Saint Aubin BP 48, Gif‐sur‐Yvette F‐91192, France
3Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole Polytechnique, CNRS, CEA, Université Paris‐Saclay, 91128
Palaiseau cedex, France 4Institute of Electronic Materials Technology, 01‐919 Warsaw, Poland
5Institute of Physics, Polish Academy of Sciences, 02‐668 Warsaw, Poland
6Faculty of Physics, University of Warsaw, 00‐681 Warsaw, Poland
The combined use of ultrafast light and two‐dimensional electronic states provides an exciting
opportunity to develop novel fundamental physics and optical applications. In order to study
photo‐excited topological insulators (TIs) such as Bi2Te2Se and Bi2Te3 irradiated by high
energy electron beams, we applied time‐resolved angle‐resolved spectroscopy (trARPES) which
constitutes a powerful technique to investigate the empty electronic states and bands, their
lifetime and recombination mechanisms, and in general all phenomena driving the relaxation of
hot fermions in these systems with femtosecond resolution.
For the highly bulk‐insulating TI Bi2Te2Se, we will present results of a pump‐probe ARPES
study that show how the scattering between the bulk bands and the surface states can be used
to control the population of normally empty states in the Dirac cone following photo‐excitation.
The interplay of these processes with the carrier concentration can be used to create a non‐
equilibrium fermion distribution in the Dirac cone that in some cases can present a very long
life‐time, exceeding 1μs at various temperatures.
Besides, we will present the time evolution of the non‐equilibrium carrier distribution in a
series of p‐type Bi2Te3 crystals (see figure below): in particular, Bi2Te3 samples irradiated with
a high electron dose of 1.7 C/cm2 have been compared with non‐irradiated samples from the
same batch. The clearly detectable differences in the relaxation of the photo‐excited states can be
attributed to the defects created during the irradiation process. The use of energetic electron
irradiation has been recently shown to be a very effective way of reducing the bulk carrier
concentration in topological insulators [1], and our results show that time resolved ARPES can
be a useful technique to characterize the effects of these irradiations. [1] Zhao, L. et al. Stable
topological insulators achieved using high energy electron beams.Nat.Commun. 7, 10957 (2016).
87
36. High‐order harmonic generation assisted by plasmonic field enhancement
Rana Nicolas 1, Dominik Franz 1, Liping Shi 2,3 , Quentin Ripault 1, Bianca Iwan 1,2, Milutin
Kovačev 2,3,Willem Boutu 1, Hamed Merdji 1
1 LIDYL, CEA, CNRS, Universite Paris‐Saclay, CEA Saclay 91191 Gif‐sur‐Yvette, France 2 Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany 3 QUEST, Centre for Quantum Engineering and Space‐Time Research, 30167 Hannover, Germany
High‐order harmonic generation (HHG) in solids was recently evidenced [S. Ghimire et al.,
Nature Physics 7, 2010], however it requires high laser intensities in the range 1012 – 1013 W/cm2.
On the other hand, plasmonic resonances in metallic subwavelength structures is a well‐
established field, with vast applications from sensing to wave‐guiding based on the high local
electric field induced by these resonances. The advantage of using local field enhancement
induced by resonant metallic nanostructures on top of crystals seems highly appealing for HHG
in solids, as it can locally increase the field intensity of an incident laser beam by several orders
of magnitude. Thus HHG would become possible even when using moderate pulse energies
(that can only be focused up to 1011 W/cm², one to two orders of magnitude below HHG
threshold). While the observation of plasmonic mitigated gas phase HHG emission is still
controversial [S. Kim et al., Nature 453, 2012 and M. Sivis et al., Nature Physics 9, 2013], crystal
HHG is a more favorable case because of the high density of atoms in the high plasmonic
induced intensity areas. The goal of the present project is to demonstrate for the first time HHG
in semi‐conductor crystals assisted by nanoplasmonics.
88
37. 3D Stereo Single Acquisition Imaging Using High Harmonic Generation
R. Cassin1, A.I. Gonzalez1, J. Duarte1,2, B. Iwan1, J. Samaan1, J. Huijts1 M. Kovacev3,4, M. Fajardo2,
W. Boutu1 and H. Merdji1
1LIDyL, CEA, CNRS, Université Paris‐Saclay, CEA Saclay 91191 Gif‐sur‐Yvette, France.
2Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, IST Lisboa, Portugal
3Leibniz Universität Hannover, Institut für Quantenoptik, Hannover, Germany
4QUEST, Centre for Quantum Engineering and Space‐Time Research, Hannover, Germany
The exact function of many objects, natural or not, is usually determined by its complex three‐
dimensional structure. At a nanometer scale, the ability to gain insights on the 3D properties of
artificial or biological thick systems is critical. However, it is difficult to retrieve, as most
imaging techniques provide only bi‐dimensional projections along the imaging axis. The intense
ultrashort XUV and x‐ray pulses now available enable nanometer scale time resolved imaging
of dynamics [1, 2, 3]. However, when the process is not reversible, single shot experiments
become mandatory. This highlights the need for a technique that can retrieve the 3D
information in a single acquisition.Here we demonstrate a method that allows reconstruction of
a 3D amplitude sample from a single acquisition by focusing two synchronized high harmonic
XUV beams with a known angle record between them on a transmission amplitude sample and
then record the two diffraction patterns simultaneously on a CCD camera. After a CDI
reconstruction of the two views we can extract the depth information by applying a difference
map from which a 3D representation of the sample can be computed at nanometer scale
resolution. Our method is robust to noise and can be designed for any FEL or synchrotron
beamline. Applications are foreseen in single shot 3D structural imaging of biological sample
using hard‐x‐rays or to capture dynamical 3D non‐reproducible phenomena.
Figure 1| Experimental setup to create stereo pairs of images.
89
Figure 2 | 3D reconstruction of the sample. (a,b): Disparity map obtained from the bottom
view matched to the top one. (c,d): 3D reconstruction of the sample. (a),(c): numerical
simulations performed with identical experimental geometry and a similar 3D sample. (b),(d):
experimental reconstruction from the images shown in Fig. 3 c and d.
[1] Vodungbo et al., “Laser‐induced ultrafast demagnetization in the presence of a nanoscale
magnetic domain network”, Nature Communications, 3, 999 (2012).
[2] Bob Nagler et al.* Turning solid aluminium transparent by intense soft X‐ray
photoionization, Nature Physics 5, 693 ‐ 696 (2009)
[3] H . Yoneda et al, Nature Communications 5, Article number:5080 doi:10.1038/ncomms6080
90
38. Towards spatial and spectral interferometry at 100 kHz
Vincent Kemlin, Olivier Crégut, Johanna Brazard, Jérémie Léonard, Stefan Haacke
IPCMS Strasbourg
Extending two‐dimensional Fourier Transform electronic spectroscopy in the ultraviolet has
been hampered by the need to control the phase between two ultra‐short pulses at these
wavelengths. In the collinear geometry, intrinsic phase stable strategies such as a Dazzler in the
UV have proved very efficient [1, 2]. However, in the non‐collinear geometry, this remains more
of a challenge [3]. In this work, we present preliminary results towards the implementation of a
very sensitive phase measurement system working at high repetition rate (25‐200 kHz) and
compatible with the non‐collinear BOXCAR geometry. A 515 nm tracer beam is overlapped
with the UV beam propagating in a Mach‐Zender interferometer. The two parallel beams
exiting the interferometer are then focused, and their focus is imaged onto a home‐built linear
high speed CMOS sensor S11105‐512 from Hamamatsu (Figure 1a). Synchronized single shot
acquisition of the spatial fringe pattern is achieved by choosing the,number of pixels, N, and
video data rate, fpix (up to 50 MHz/pixel), to match the repetition rate of the laser, frep. For
example, at frep = 200 kHz, N = 148 pixels can be read at fpix = 20 MHz. The phase fluctuations are
then retrieved from the fringe pattern (Figure 1b) with the same algorithm previously
demonstrated for spectral interferometery [4]. Our measurment is accurate enough (below 30
mrad std) to retrieve the phase between two UV pump pulses in future 2D‐UV experiments.
This value (/200 at 515 nm) compares extremely well with the phase stabilities reported so far
in the UV in a noncollinear geometry (/90 at 290 nm [3]). This compact solution is also very
appealing for applications requiring cost‐effective spectral interferometry measurements in the
visible at the highest repetition rates.
Figure 1: a) Picture of the electronics driving the linear CMOS sensor. The signals sent to the
sensor are generated on the FPGA chip shown in red. b) One‐dimensional spatial
interferograms of the 515 nm beam generated from a Tangerine laser and operating at frep = 33
kHz repetition rate. Here, the pixel reading time is fpix = 10 MHz. [1] C.‐H. Tseng, S. Matsika, and T. Weinacht. Optics express, 17(21):18788–18793, 2009.
[2] N. Krebs, I. Pugliesi, J. Hauer, and E. Riedle. New Journal of Physics, 15(8):085016, August 2013.
[3] U. Selig, C.‐F. Schleussner, M. Foerster, F. Langhojer, P. Nuernberger, and T. Brixner. Optics letters, 35(24):4178–
4180, 2010.
[4] L. Lepetit, G. Cheriaux, and M. Joffre. JOSA B, 12(12):2467–2474, 1995
91
39. High‐harmonic generation by nonlinear resonant excitation of surface plasmon modes in metallic nanoparticles
Jérôme Hurst¹, Fernando Haas², Giovanni Manfredi and Paul‐Antoine Hervieux
¹ Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, CNRS and University of Strasbourg,
23, rue du Loess – BP 43 – F‐67034 Strasbourg, France
² Departamento de Física, Universidade Federal do Paraná, 81531‐990, Curitiba, Paraná, Brazil
Metal clusters [1] are mesoscopic systems composed of a relatively small number of metallic
atoms. In many respects, metal clusters behave as giant “atoms” where the positive charge is
not localized in the nucleus but is distributed more or less uniformly within the cluster. Indeed,
their electronic ground state reveals a shell structure with discrete energy levels, akin to those of
ordinary atoms. Large metal clusters represent a bridge between molecules and solids. As such,
they often exhibit properties belonging to both of these classes of objects and therefore are of
great scientific and practical interest.
The collective electron dynamics in metal clusters is described using a semiclassical approach
based on a quantum hydrodynamic model (QHD) [2,3] that incorporates the principal quantum
manybody effects, such as the Hartree potential and exchange and correlation effects. Such
model was successfully used in the past to model the electron dynamics in molecular systems
[4], metalclusters and nanoparticles [5– 7], thin metal films [8], quantum plasmas [9,10] and
semiconductors [11].
The QHD model is based on a set of two hydrodynamic equations :
coupled to Poisson’s equation for the Hartree potential :
where ni is the density of the ion bulk and n the density of electrons.
The first equation is the continuity equation representing conservation of mass, while the
second isan Euler equation that provides the evolution of the mean velocity under action of the
forces that appear on the right‐hand side. The mean‐field part of the electron‐electron
interactions is taken intoaccount by the Hartree potential. The potential Vxc represents the
exchange‐correlation interactionand P is the pressure of a degenerate electron gas. The last
term, often referred to as the von Weizsäcker correction or the Bohm potential, takes into
account quantum diffraction effects.
This can be an usueful alternative compare to more complete quantum treatment based on the
density functional theory (DFT), the random phase approximation (RPA) or Hartree‐Fock
models.Moreover this model alows us to study the nonlinear electron dynamics, which is not a
easy task with full quantum models.
Through a variational method, the hydrodynamic equations are reduced to a simple set of
differential equations, which are used to determine the ground state and linear‐response
92
properties of the cluster. We first explore the linear response of the system by means of
numerical simulations [12]. We focus our study on two well known mode of oscillations the dipole and the breather mode.
Our results are in agreement with the Mie theory, which predict a linear dependance between
the dipole frequency and the size of the system (figure 1).
Figure 1: Breather (a) and Dipole
(b) frequency in the linear response
as a function of the size of the
system.
We also explored the nonlinear regime by exciting the electron dynamics with a chirped laser
pulse with slowly varying frequency (autoresonance). We show that it is possible to completely
ionize the cluster on a timescale of the order of 100 fs. The accompanying radiated power
spectrum is significantly broad (figure 2).
Figure 2: Power spectrum of the dipole mode
with (b) and without (a) an autoresonant
excitation.
[1] U. Kreibig and M. Vollmer, Optical proprieties of metal clusters, Springer series in material science 25 (1995).
[2] F. Haas, Quantum plasmas an hydrodynamic approach, Springer, (2011) .
[3] G. Manfredi and F. Haas, Phys. Rev. B 64, 075316 (2001).
[4] M. Brewczyk et al., Phys. Rev. Lett. 78, 191 (1997).
[5] A. Banerjee, M. K. Harbola, J. Chem. Phys. 113, 5614 (2000) .
[6] A. Domps et al., Phys. Rev. Lett. 81, 5524 (1998).
[7] G. Manfredi, P. A. Hervieux and F. Hass, New J.Phys. 64, 075316 (2012) .
[8] N. Crouseilles et al., Phys. Rev. B 78, 155412 (2008) .
[9] B. Eliasson and P. K. Shulka, Phys. Rev. Lett. 96, 245001 (2006).
[10] B. Eliasson and P. K. Shulka, Phys.‐Usp. 53, 51 (2010).
[11] F. Hass et al., Phys. Rev. B 80, 073301 (2009).
[12] J .Hurst et al., Phys. Rev.B 89, 161111(R), (2014).
93
40. Dynamique d’autoionisation résolue à l’échelle attoseconde
L. Barreau1, C. Alexandridi1 M. Turconi1, M. Isinger2, D. Kroon2, D. Busto2, A. Harth2, R. Squibb3,
M. Gisselbrecht2, M. Miranda2, C.L. Arnold2, J.M. Dahlström4, R. Feifel3,
A. LʹHuillier2 et P. Salières1
1 LIDYL, CEA, CNRS, Université Paris‐Saclay, CEA Saclay, 91191 Gif‐sur‐Yvette, France.
2 Physics department, Lund University, Lund, Sweden. 3 Physics department, Gothenburg University, Sweden. 4 Physics department, Stockholm University, Sweden.
Introduction
Lʹautoionisation est un processus dans lequel un atome ou une molécule peut être ionisé par
deux voies : une voie directe et une voie passant par un état excité quasi‐lié qui se désexcite
dans le continuum par interaction de configuration. Lʹinterférence entre ces deux mécanismes
résulte en une raie dʹabsorption asymétrique dite « résonance de Fano » [1]. Ce type de
résonance a été mesuré dès les débuts de la spectroscopie avec des techniques qui ont permis de
déterminer avec toujours plus de précision la section efficace des résonances de Fano dans
différents systèmes. Cependant, pour pouvoir reconstruire la dynamique ultrarapide du
processus d’autoionisation, il est nécessaire de connaitre, en plus de l’intensité, la phase
spectrale à lʹintérieur de la résonance.
Technique et résultats
Issue de la spectroscopie attoseconde, la technique RABBIT [2] permet de mesurer amplitude et
phase spectrales du paquet dʹonde électronique résonant. Elle consiste à photo‐ioniser le gaz
cible par un peigne d’harmoniques d’ordre élevé (dont une est résonante), en présence du
champ laser fondamental. La transition à deux photons XUV‐IR crée une réplique du paquet
dʹonde résonant décalée en énergie d’un photon laser, faisant ainsi apparaître dans le spectre un
pic satellite (‘sideband’ en anglais, SB). Dans la SB, la réplique résonante interfère avec une
réplique dʹun paquet dʹonde non résonant créé par l’harmonique voisine, servant ainsi de
référence de phase.
Deux méthodes ont été développées pour extraire la phase des pics satellites:
i) par intégration de la SB en énergie, en faisant plusieurs acquisitions d’interférogrammes
RABBIT pour différentes longueurs d’onde du laser fondamental. Cela permet de scanner le
profil de la résonance avec une harmonique donnée.
ii) par analyse directe résolue en énergie de la phase à lʹintérieur d’un des pics satellites
(Rainbow RABBIT), un seul interférogramme étant alors nécessaire.
La technique i) a été utilisée pour étudier la résonance 3s23p6 ‐ 3s13p64p de lʹArgon [3] et la ii)
pour la résonance 1s2 ‐ 2s2p de lʹHélium [4].
Lors d’une campagne d’expérience collaborative à l’Université de Lund en Suède, nous avons
appliqué la technique Rainbow RABBIT à la fois à l’hélium et à lʹargon.
Dans l’helium, la longueur d’onde du laser fondamental est ajustée afin que deux harmoniques
consecutives soient résonantes avec les transitions 1s² ‐ 2s2p et 1s² ‐ sp3+. La SB intermédiaire
contient alors les informations de phase sur le paquet d’onde électronique à deux électrons.
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Dans l’argon, nous avons pu résoudre la double structure de raie de 180 meV due au couplage
spin‐orbite et mesurer les deux variations de phase à la résonance 3s13p64p qui correspondent à
un moment angulaire de J=1/2 et J=3/2 [5] (voir Fig. 1).
A partir de ces mesures de phase spectrale, il est alors possible, par transformée de Fourier, de
reconstruire la dynamique d’autoionisation et de mettre en évidence l’interférence entre les
voies directe et résonante.
Fig. 1: Phase des bandes latérales quand l’harmonique 17 atteint la résonance de lʹargon. SB16 et
SB18 présentent deux variations de phase correspondant à la séparation spin orbite, tandis que
la phase de SB20 non résonante est plate. Les courbes sont ramenées à la position de la
résonance.
[1] U. Fano Phys. Rev. 124, 1866 (1961).
[2] P.M. Paul Science 292, 1689 (2001).
[3] M. Kotur et al. Nat. Commun 7, 10566 (2016).
[4] V. Gruson et al. Science (accepté).
[5] S. E. Canton‐Rogan et al., PRL 85, 3113 (2000).
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41. Ultrashort laser pulses and dielectric materials: interaction and propagation.
A. Bildé, S. Guizard, A. Melninkaitis, B. Momgaudis, L. Smalakys, A. Couairon, A.
Mouskefataras
LSI, Ecole Polytech, CNRS, CEA IRAMIS, Lab Solides Irradies, F‐91128 Palaiseau, France.
An experimental investigation of single‐shot damage mechanisms of two crystalline insulators
(���2 and ��2�3) by 800nm femtosecond laser pulses is presented. This investigation has been
conducted for six different pulse durations from 95 �� to 1,5 �� with pulse fluences from 4,4
�.��−2 to 11,4 �.��−2. A numerical model of different electronic processes such as multiphoton
excitation, electron heating, or trapping is implemented to reproduce the change of dielectric
constant of those materials.
![Gdr pres[1]](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/55a5461a1a28abb47e8b4583/gdr-pres1.jpg)
