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NANOSTRUCTURES PERMETTENT UNE CONVERSION RECORD DES IMPULSIONS LASER EN HAUTE HARMONIQUE
Des chercheurs du Cornell ont développé des nanostructures qui permettent une conversion record des impulsions laser en haute harmonique. Ceci ouvre la voie à de nouveaux outils scientifiques pour l’imagerie haute résolution et l’étude des processus physiques qui se produisent à l’échelle de l’attoseconde, soit un quintillionième de seconde. La génération de haute harmonique est depuis longtemps utilisée pour fusionner les photons d’un laser pulsé en un photon ultra-court avec une énergie beaucoup plus élevée, produisant de la lumière ultraviolette extrême et des rayons X pour diverses applications scientifiques. Traditionnellement, les gaz ont été utilisés comme sources d’harmoniques, mais une équipe de recherche dirigée par Gennady Shvets a montré que les nanostructures conçues ont un avenir brillant pour cette application.
LES AVANTAGES DE LA RÉSONANCE MÉTASURFACE À BASE DE GALLIUM-PHOSPHIDE
Les nanostructures créées par l’équipe sont constituées d’une métasurface en gallium-phosphide résonante ultra-mince qui surmonte bon nombre des problèmes habituellement associés à la génération de haute harmoniques dans les gaz et autres solides. Le matériau de gallium-phosphide permet des harmoniques de tous les ordres sans les réabsorber, et la structure spécifique peut interagir avec tout le spectre de lumière de l’impulsion laser.
L’ÉTUDE DÉTAILLÉE DE LA GÉNÉRATION DE HAUTE HARMONIQUE
L’étude a été détaillée dans l’article “Generation of Even and Odd High Harmonics in Resonant Metasurfaces Using Single and Multiple Ultra-Intense Laser Pulses,” publié le 7 juillet dans Nature Communications. Maxim Shcherbakov, qui a mené la recherche en tant qu’associé postdoctoral du Cornell avant de devenir professeur adjoint à l’Université de Californie, Irvine, est l’auteur principal. Les nanostructures sont capables de générer à la fois des harmoniques paires et impaires, couvrant une large plage d’énergies photoniques entre 1,3 et 3 électrons-volts. Le rendement de conversion record permet aux scientifiques d’observer la dynamique moléculaire et électronique à l’intérieur d’un matériau en une seule impulsion laser, aidant à préserver les échantillons qui pourraient autrement être dégradés par de multiples tirs de haute puissance.
DE NOUVELLES OPPORTUNITÉS D’ÉTUDE DES MATÉRIAUX À ULTRA-HAUTE FRÉQUENCE
L’étude est la première à observer la radiation générée par haute harmonique à partir d’une seule impulsion laser, ce qui a permis à la métasurface de résister à des puissances élevées – cinq à dix fois plus élevées que celles précédemment démontrées dans d’autres métasurfaces. “Cela ouvre de nouvelles opportunités pour étudier la matière à des champs ultra-élevés, un régime qui n’était pas facilement accessible auparavant”, a déclaré Shcherbakov. “Avec notre méthode, nous envisageons que les gens peuvent étudier des matériaux au-delà des métasurfaces, y compris mais sans s’y limiter aux cristaux, aux matériaux 2D, aux atomes simples, aux réseaux atomiques artificiels et autres systèmes quantiques”.
DE NOUVELLES DÉCOUVERTES GRÂCE À L’AMÉLIORATION DE DISPOSITIFS HAUTE HARMONIQUE
Maintenant que l’équipe de recherche a démontré les avantages de l’utilisation de nanostructures pour la génération de haute harmoniques, elle espère améliorer les dispositifs et installations de haute harmonique en empilant des nanostructures pour remplacer une source à l’état solide, telle que des cristaux. Les co-auteurs comprennent des chercheurs postdoctoraux du Cornell: Zhiyuan Fan et Giovanni Sartorello, ainsi que des chercheurs de l’Ohio State University et de l’Institute of Materials Research and Engineering à Singapour. Le financement de cette recherche a été fourni par l’Office de la recherche navale, le Cornell Center for Materials Research via les programmes de centres de recherche et d’ingénierie en science des matériaux de la National Science Foundation, et l’Air Force Office of Scientific Research.
Sources :
– Cornell Chronicle : https://news.cornell.edu/stories/2021/07/nanostructures-enable-record-high-harmonic-generation
– Nature Communications : https://www.nature.com/articles/s41467-021-24556-6
