Étude du moment angulaire de faisceaux lumineux XUV: synthèse et transferts – Xstase

Le projet Xstase est dédié à l'étude des échanges de moment angulaire entre la lumière et la matière dans les régimes linéaires et fortement non linéaires. Il fournira un panorama complet de la conversion, depuis l’IR vers l’XUV, par génération d'harmoniques d’ordre élevé (HHG), des deux moments angulaires de la lumière, orbital et de spin et généralisera l'utilisation de ces propriétés fondamentales des faisceaux de lumière au régime femtoseconde dans l' XUV. En particulier, nous établirons, à la fois expérimentalement et théoriquement, les règles de conservation du moment angulaire orbital par HHG. Des dispositifs expérimentaux spécialement développés pour cette étude permettront leur caractérisation complète. Nous balayerons l’ensemble des ordres de non-linéarité, depuis les plus faibles, c'est à dire le régime multiphotonique déjà documenté dans le domaine visible, jusqu'à des ordres très élevés de non-linéarité correspondant au régime non perturbatif de la HHG. Xstase fournira ainsi un cadre pour des développements ultérieurs de sources XUV originales portant des OAM, ouvrant la voie pour de futures applications possibles en information quantique, imagerie de couches minces ou de nouveaux types de spectroscopies. Les développements technologiques nécessaires s’appuient sur les technologies attosecondes développées au cours des dix dernières années et viendront à leur tour nourrir ces technologies dans le futur. En particulier, les diagnostics de front d'onde dans l’XUV, que ce soit le suivi de sa forme générale ou de sa cohérence vont progresser de manière significative grâce Xstase.
Par ailleurs, nous développerons des techniques de mise en forme rapide du moment angulaire de spin de faisceaux d’impulsions attosecondes, au moyen d’interféromètres ultra-stables. En particulier, nous mettrons au point des sources adaptées à l’étude spécifique des interactions lumière/milieu chiral dans le domaine XUV, en s’appuyant sur les phénomènes de dichroïsme circulaire de photoélectrons (PECD) et dichroïsme circulaire naturel X (XNCD). Nous enregistrerons les premières dynamiques de ces deux phénomènes, ouvrant la voie à de nouvelles études spectroscopiques d'échantillons chiraux. Les résultats devraient avoir des débouchés très larges, liés à l'omniprésence des molécules chirales dans des applications bio-médicales et chimiques. En effet, l'évolution de la chiralité lors de processus aussi élémentaires que la dissociation, l'excitation ou la relaxation électronique à l'échelle femtoseconde, difficilement accessibles aujourd’hui, le deviendront naturellement. Une série de cas tests sondant ces dynamiques élémentaires sera étudiée. Ils donneront le coup d’envoi du développement de nouvelles techniques spectroscopiques, parfaitement adaptées au suivi chiralité. Par ailleurs, Xstase fera progresser la science attoseconde en ouvrant, par des dispositifs originaux, la voie à la maîtrise des propriétés de polarisation des impulsions XUV.
Finalement, Xstase fournira les connaissances pour, dans une étape ultérieure, étudier l’interaction de la matière avec des faisceaux lumineux portant à la fois des SAM et OAM, ce qui constitue actuellement un sujet d’intense débat théorique. Xstase a donc le potentiel pour fournir à la fois des résultats très prometteurs pour la physico-chimie, la physique fondamentale et la physique attoseconde. Il fédère une équipe de théoriciens et expérimentateurs ayant des connaissances et savoir faires très complémentaires, couvrant l’ensemble des piliers sur lesquels le projet s’appuie. Il sera en outre développé dans un environnement national et international très dynamique. En effet, cette nouvelle ligne de recherche s’installera dans le cadre de l'opération Labex « Attolab », qui sera disponible à la mi 2015. Elle a le potentiel pour agréger une grande communauté, provenant des interactions en phase gaz autant qu’en phase condensée, actuellement utilisatrices du rayonnement synchrotron quasi continu.