Projet ANR-08-JCJC-0029 – HarModyn : Femtochimie par harmoniques d'ordre élevé
Programme : Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs (JCJC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION  AQUITAINE LIMOUSIN (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION  AQUITAINE LIMOUSIN)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 199982.0 euros
Date de début : 2009
Durée : 36 mois
Résumé : Le but de ce projet est d'utiliser la génération d'harmoniques d'ordre élevé pour mesurer des dynamiques moléculaires ultrarapides, et ce sous deux angles complémentaires: l'un comme source de radiation fs-VUV et l'autre comme processus de détection (Extreme NonLinear Optical Spectroscopy-ENLOS). Les réactions chimiques sont le résultat d'un changement de configuration électronique lors de l'approche entre réactifs. Comprendre le mécanisme élémentaire d'une réaction signifie, entre autres, identifier le jeu des forces responsables du changement de configuration. En phase gazeuse, les molécules sont isolées de toute interaction, ce qui permet d'étudier en détail les processus internes et de comparer directement les expériences aux calculs ab-initio. Nous parlons alors de demi-réaction. Suite à l'excitation électronique initiée par l'impulsion pompe, la molécule se relaxe électroniquement sur des échelles de temps s'étalant de la dizaine de femtoseconde à quelques centaines de femtoseconde. Quelles sont les différentes échelles de temps impliquées dans cette relaxation, quelle est sa nature, y a t il des modes de vibration qui favorisent cette relaxation, y a t il concertation ou pas dans les dynamiques de prédissociation ? Autant de questions relevant de la chimie atmosphérique et astrophysique et auxquelles des expériences de femtochimie permettent de répondre. Un problème important en femtochimie est la détection la dynamique initiée par l'impulsion pompe. L'une des techniques les plus courantes consiste à photoioniser la molécule avec une seconde impulsion femtoseconde puis à collecter en fonction du délai entre l'impulsion pompe et sonde, les ions parents, les photoélectrons émis ou encore les fragments ionisés par imagerie des vecteurs vitesses. Ce type de détection est simple et permet d'accéder aux changements des distributions d'énergie interne à l'échelle femtoseconde. Cependant lorsque les configurations électroniques qui définissent la molécule sont trop complexes pour être décrites par un seul électron occupant une seule orbitale moléculaire, cette détection par photoionisation donne des sensibilités à la dynamique assez faibles. Depuis trois ans, un nouveau type de détection est apparu. Il consiste à mesurer les harmoniques VUV-XUV générées par la molécule soumise à l'impulsion sonde. L'émission de ces harmoniques peut être vue comme résultant de l'interférence entre un paquet d'onde électronique attoseconde accéléré dans le champ laser et la fonction d'onde moléculaire. Ces paquets d'ondes attosecondes ayant une longueur d'onde de de Broglie de l'ordre de l'Angström, ils constituent une sonde particulièrement sensible de la structure moléculaire. Ainsi un nouveau type de mesure, la femtochimie par imagerie électronique attoseconde, vient d'émerger. Jusqu'à présent cette technique n'a été testée que sur des dynamiques très simples telles que la rotation d'une molécule ou encore un paquet d'ondes vibrationnel. Dans ce dernier cas elle a révélé une sensibilité bien supérieure à celle des expériences de femtochimie conventionnelle sur des systèmes polyatomiques. Nous testerons la sensibilité de ce processus sur des relaxations électroniques et des photodissociations. Nous générerons les harmoniques à partir d'impulsions laser dans l'infrarouge moyen afin d'obtenir un spectre large. L'information sur la dynamique sera codée dans le spectre des harmoniques, leur phase ainsi que leur polarisation. Afin de s'affranchir de tout fond produit par les molécules non-excitées, l'excitation moléculaire sera modulée spatialement par un réseau transitoire crée par deux impulsions pompes identiques. Ainsi le signal pompe-sonde sera collecté dans le premier ordre diffracté. Nous mettrons également en oeuvre une technique de mesure interférométrique pompe sonde de la phase du signal harmonique. Les concepts utilisés dans ces expériences sont proches de l'optique nonlinéaire: nous parlons d'Extreme NonLinear Optical Spectroscopy (ENLO