Une équipe de chercheurs de l’Institut Max Born (MBI) à Berlin et du DESY à Hambourg a mis au point une lentille à plasma capable de focaliser des impulsions attosecondes (as). Selon l’équipe, cette avancée « augmente considérablement la puissance attoseconde disponible pour les expériences, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’étude de la dynamique ultrarapide des électrons ».
L’équipe décrit les impulsions attosecondes comme « des outils essentiels pour observer et contrôler le mouvement électronique dans les atomes, les molécules et les solides ». Cependant, la focalisation de ces impulsions, qui se situent dans la région de l’ultraviolet extrême (XUV) ou des rayons X du spectre électromagnétique, s’est avérée très difficile en raison du manque d’optiques appropriées.
Les miroirs sont couramment utilisés, mais ils offrent une faible réflectivité et se dégradent rapidement. Les lentilles, bien qu’elles soient l’outil le plus simple pour focaliser la lumière visible, ne conviennent pas pour focaliser les impulsions attosecondes, car elles absorbent la lumière XUV et étirent les impulsions attosecondes dans le temps.
Le MBI et le DESY ont résolu ce problème en créant une lentille à plasma. Pour ce faire, ils envoient de fortes impulsions électriques à travers de l’hydrogène gazeux à l’intérieur d’un minuscule tube (voir figure ci-dessus). Ce processus dépouille les atomes d’hydrogène de leurs électrons, créant ainsi un plasma.
Les électrons se déplacent naturellement vers l’extérieur, vers les bords du tube, donnant au plasma la forme d’une lentille concave. Normalement, une telle lentille diffuserait la lumière plutôt que de la focaliser. Mais comme le plasma courbe la lumière différemment des matériaux ordinaires, il focalise les impulsions attosecondes.
La lentille à plasma, un « filtre efficace »
Dans l’article publié dans Nature Photonics, les chercheurs montrent que la lentille à plasma peut focaliser les impulsions attosecondes sur différentes gammes de lumière XUV, avec une distance focale réglable contrôlée par la densité du plasma. Ils ont également atteint un taux de transmission élevé de plus de 80 %.
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L’équipe a notamment découvert que la lentille à plasma sert de filtre efficace pour les impulsions infrarouges, qui nécessitent normalement des filtres métalliques fins. Cela signifie que ces filtres ne sont plus nécessaires, ce qui permet à une plus grande puissance attoseconde de passer. Grâce à des impulsions plus puissantes, les scientifiques ont désormais de nouvelles possibilités pour mener des expériences attosecondes, souvent limitées par la faiblesse des sources lumineuses.
Afin de mieux comprendre le comportement des impulsions attosecondes focalisées au fil du temps, les scientifiques ont réalisé des simulations informatiques. Ils ont découvert que les impulsions ne s’étirent que légèrement, passant de 90 à 96 as. Dans des conditions plus réalistes, où les différentes couleurs de l’impulsion attoseconde arrivent à des moments légèrement différents dans un phénomène connu sous le nom de chirp, la lentille à plasma a en fait raccourci les impulsions. Dans ce cas, la durée de l’impulsion est passée de 189 à 165 as.
En démontrant expérimentalement l’efficacité d’une lentille à plasma attoseconde, les chercheurs ont remédié à une limitation majeure de la science attoseconde. Cette technique offre un alignement simple, une transmission élevée et la possibilité de focaliser la lumière sur différentes couleurs. Ces avantages ouvrent la voie à un large éventail d’applications, allant de la cartographie de la dynamique des électrons dans des matériaux complexes à l’avancement des technologies quantiques et à la mise en place de la prochaine génération de microscopie ultra-rapide.
Article : « Plasma lens for focusing attosecond pulses » – DOI : 10.1038/s41566-025-01794-y
Source : MBI
