Thèse Spectroscopie Attoseconde de Photoémission des Molécules en Phases Gazeuse et Liquide H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : CEA/LIDYL - Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers
Direction de la thèse : Pascal SALIÈRES ORCID 0000000158998246
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

La spectroscopie attoseconde permet de caractériser la dynamique électronique de la matière à son échelle de temps naturelle. Cependant, son application s'est jusqu'à présent concentrée sur des systèmes isolés en phase gazeuse. L'objectif de ce projet sera de développer la spectroscopie attoseconde en phase liquide afin d'étudier la photoémission et la diffusion des électrons dans les liquides. Cela permettra d'étudier avec une résolution temporelle sans précédent l'influence de la solvatation (liaisons soluté-solvant) sur la dynamique électronique. Ces travaux constitueraient une avancée majeure vers l'extension du champ d'application de la science attoseconde aux systèmes quantiques ouverts.

La génération d'impulsions attoseconde a ouvert la voie à l'observation de la dynamique électronique dans la matière à son échelle de temps naturelle. Pour ne citer que quelques-unes de ses réussites (qui lui ont valu d'être récompensée par le Prix Nobel 2023 [1]), la spectroscopie attoseconde a permis de résoudre en temps et angle la photoionisation des gaz rares [2] et d'étudier les phénomènes d'intrication entre l'électron éjecté et le cation [3]. Cependant, la plupart de ces études ont été menées sur des systèmes gazeux atomiques ou moléculaires, tandis que la phase liquide n'est devenue accessible que récemment [4] et constitue un terrain vierge de recherche pour le domaine. De nombreuses questions scientifiques présentant un grand intérêt pour la science attoseconde restent ouvertes: comment la dynamique de photoémission est-elle influencée par la solvatation en milieu liquide (e.g. liaisons hydrogène, effet d'écrantage, délocalisation électronique)? Quel est l'impact des phénomènes de diffusion élastique et inélastique sur le paquet d'ondes électronique? Est-il possible d'obtenir des informations sur l'intrication entre le photoélectron et le milieu liquide en tant que système quantique ouvert?

L'étudiant-e développera la spectroscopie attoseconde de molécules en phases gazeuse et liquide à l'aide d'un nouveau système laser Ytterbium haute cadence. Ces mesures permettront d'observer et de caractériser en temps réel la dynamique des électrons, en particulier les phénomènes de photoémission en couche interne/externe et la dynamique de diffusion électronique.

Les mesures seront effectuées sur la plateforme laser ATTOLab à l'aide d'un nouveau système laser Ytterbium haute cadence. Cette nouvelle technologie, plus fiable, stable et puissante que le Titane:Saphir, ouvre des opportunités uniques pour la science attoseconde. Des impulsions XUV attoseconde seront générées à haute cadence en focalisant les impulsions IR de l'Ytterbium dans des gaz rares. La parfaite synchronisation des impulsions XUV et IR permettra, par ionisation à 2 photons XUV+IR, de réaliser un schéma d'interférométrie électronique contrôlé au niveau du cycle optique. Le signal d'ionisation sera mesuré simultanément dans deux spectromètres d'électrons . Dans un des deux spectromètres, la mesure sera effectuée sur l'échantillon d'intérêt dans un jet liquide, et dans l'autre, en phase gazeuse. La comparaison entre les deux mesures permettra d'isoler les effets induits par l'environnent liquide sur la dynamique ultrarapide des électrons. Selon l'expérience, le paquet d'onde électronique sera lancé soit par ionisation des couches de valence de la molécule (e.g. pour sonder les liaisons entre les molécules de solvant) soit par ionisation des couches internes localisées sur des atomes spécifiques (e.g. pour isoler le signal du soluté grâce à une spécificité chimique et de site).

Des connaissances en optique ultrarapide, physique atomique et moléculaire, et mécanique quantique sont requises. Des connaissances dans les domaines de la spectroscopie électronique et de la science attoseconde constituent un atout. La pratique de l'anglais est indispensable.