Nouvelles

Jun 27, 2023

Émission de champ attoseconde

Nature volume 613, pages 662-666 (2023)Citer cet article 14k Accès 8 Citations 195 Détails Altmetric Metrics L'émission de champ d'électrons est à la base de grands progrès scientifiques et technologiques, allant

Nature volume 613, pages 662-666 (2023)Citer cet article

14 000 accès

8 citations

195 Altmétrique

Détails des métriques

L’émission de champ d’électrons est à la base de grands progrès scientifiques et technologiques, allant du traitement du signal à des fréquences toujours plus élevées1 à l’imagerie de la structure de la matière à l’échelle atomique2 avec une résolution picométrique. Les progrès des techniques de microscopie électronique pour permettre la visualisation complète de la matière aux échelles spatiales (picomètres) et temporelles (attosecondes) natives de la dynamique électronique nécessitent des techniques capables de confiner et d'examiner l'émission de champ sur des intervalles de temps inférieurs à la femtoseconde. Des impulsions laser intenses ont ouvert la voie à cette fin3,4 en démontrant le confinement femtoseconde5,6 et le contrôle du cycle sous-optique7,8 de l'émission du champ optique9 des métaux nanostructurés. Pourtant, la mesure des impulsions électroniques attosecondes est restée difficile à atteindre. Nous avons utilisé des transitoires de lumière intenses sous-cycles pour induire une émission de champ optique d'impulsions électroniques à partir de nanopointes de tungstène et une faible réplique du même transitoire pour étudier directement la dynamique d'émission en temps réel. L'accès aux propriétés temporelles des impulsions électroniques rediffusées sur la surface de la pointe, y compris la durée τ = (53 as ± 5 as) et le chirp, et l'exploration directe de champs proches à l'échelle nanométrique ouvrent de nouvelles perspectives de recherche et d'applications à l'interface de l'attoseconde. physique et nano-optique.

L’interaction d’atomes et de molécules avec des champs laser intenses donne naissance à des impulsions électroniques attosecondes10 qui peuvent étudier la structure et la dynamique de ces systèmes lors d’une recollision avec leur ion parent11. Les techniques attosecondes12 peuvent désormais accéder au profil temporel des impulsions électroniques en collision et à la dynamique structurelle concomitante13,14 de leurs ions parents en mesurant les propriétés transitoires des harmoniques élevées15 émises lors de l'interaction. Des études sur l'interaction de champs laser intenses avec des métaux nanostructurés au cours des deux dernières décennies ont suggéré que les concepts semi-classiques3,4,5,6,7,8,9,16,17 développés plus tôt pour décrire la dynamique électronique dans les atomes peuvent offrir une approche centrale. rôle dans la compréhension de l’émission électronique du champ optique. Par analogie avec les atomes, les électrons libérés du sommet d'une nanopointe au niveau de la crête de champ d'une impulsion laser intense devraient également former des impulsions électroniques ultracourtes (Fig. 1a, encadré), qui, lors d'une recollision avec la surface de la pointe, environ les trois quarts de la période laser (T ≈ 2 fs) plus tard – pourrait examiner à la fois la dynamique et la structure. En raison de l'intervalle de temps ultra court entre les événements d'émission et de récollision, et contrairement à d'autres technologies émergentes d'impulsions électroniques18,19,20,21, le paquet d'ondes d'impulsions électroniques subira un étalement temporel négligeable, permettant son confinement à des échelles de temps de sous-cycles. .

a, schéma simplifié de la configuration expérimentale. Une impulsion de sous-cycle (courbe orange) est spatialement séparée et focalisée par un module miroir Ni concave double. Un délai entre les impulsions réfléchies par les miroirs interne et externe est introduit par un étage piézo. Des nanopointes de tungstène (rayon du sommet d'environ 35 nm) ou un jet de gaz composé d'atomes de néon peuvent être positionnés dans le foyer laser. Les spectres d'électrons émis sont enregistrés par un spectromètre à temps de vol (angle d'acceptation d'environ 6°) placé à environ 3 mm en aval de la source d'électrons et aligné le long de l'axe de polarisation du laser. L'encadré montre que les électrons marqués par la courbe ombrée verte sont (i) libérés et accélérés par le champ laser intense pour former une impulsion électronique qui, lors d'une collision avec la surface de la nanopointe, (ii) peut étudier à la fois la dynamique et la structure. . Lors de la rétrodiffusion depuis la surface de la pointe, (iii) l'impulsion électronique est encore accélérée par le laser pour s'échapper de la zone d'interaction. b, Rendement total en électrons par impulsion en fonction de l'intensité maximale croissante des impulsions laser de commande (points jaunes) et de son ajustement linéaire (ligne violette) sur une échelle logarithmique. c, Spectres électroniques de la nanopointe de tungstène (fausse couleur sur une échelle logarithmique) par rapport à l'intensité maximale. Les étoiles et les points indiquent les énergies de coupure. Les lignes pointillées noires et grises montrent l’ajustement linéaire de l’énergie de coupure par rapport à l’intensité maximale incidente de l’impulsion laser. d, Spectres électroniques d'émission optique des nanopointes de tungstène (courbe rouge) et des atomes de néon (courbe bleue) pour une intensité maximale presque identique (environ 40 TW cm−2). e, Identique à c mais pour les atomes de néon.