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Physique |
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Posté par
Michel le Vendredi 6 Avril 2007 à 00:00:43 |
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| Observer l'effet tunnel des
électrons en temps réel |
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Sous l'effet du champ
électrique intense d'une forte impulsion laser,
des électrons peuvent s'échapper d'un atome
par "effet
tunnel" en un milliardième de milliardième de seconde.
Des physiciens allemands ont récemment réussi pour la première fois
à observer ce phénomène quantique bien connu pendant qu'il était en
train
de se produire. Cette première vue directe sur la dynamique
de l'effet tunnel des électrons représente une avancée dans le
domaine de l'analyse des états à courte durée de vie des atomes ou
des molécules.
Une impulsion laser peut être vue comme un
champ
électrique oscillant. Sur la crête de ces oscillations, la force
peut être si importante que, bien que les électrons externes ne
possèdent pas suffisamment d'énergie
pour surmonter l'attraction du noyau, ils peuvent s'échapper par ce
que l'on appelle l'effet tunnel. Cependant ce phénomène se produit
si rapidement que les instruments actuels ne peuvent qu'observer
l'atome
ionisé final, et non pas tous les états intermédiaires.
 Après
chaque crête successive de l'impulsion laser (rouge), la probabilité
pour
qu'un électron
traverse
la barrière de potentiel (vert) augmente d'un cran.
Ce processus
quantique a été prédit il y a 40 ans, mais n'a été observé
que
récemment en temps
réel par les chercheurs de l'Institut Max-Planck
Ferenc
Krausz et ses collègues de l'Institut Max-Planck d'Optique
Quantique ont découvert un moyen de passer outre les limitations des
instruments en sondant des atomes à l'aide de deux impulsions
lumineuses de longueurs d'onde
différentes précisément calibrées pour prendre des instantanés du
processus.
La technique implique le sondage
d'atomes possédant des électrons très fortement liés, dans le cas
présent des atomes de néon, et qui ne s'ionisent pas facilement à
l'aide d'une seule impulsion laser. Les atomes doivent d'abord être
préparés par une impulsion excitatrice, qui envoie certains des
électrons vers les régions externes de l'atome où l'effet tunnel
peut ensuite être provoquée par une impulsion
ionisante.
C'est dans ce procédé en deux étapes que tout se
joue: si l'impulsion excitatrice possède une longueur
d'onde beaucoup plus courte que l'impulsion laser ionisante, elle
peut être générée en de nombreux points du cycle de l'impulsion
ionisante. C'est uniquement en ces points que les électrons seront
en mesure de s'échapper par effet tunnel. Ensuite, on peut
reconstruire graduellement une illustration de la façon dont les
électrons se sont échappés de l'atome en relevant les instants
auxquels l'effet tunnel s'est produit dans le cycle du laser
ionisant.
Dans la pratique, les deux impulsions doivent être
synchronisées à quelques milliardièmes de milliardième de seconde
pour obtenir la précision nécessaire. Pour y parvenir, les
chercheurs ont utilisé le même laser infrarouge
pour produire les deux impulsions. Le laser traverse d'abord un jet
de gaz
pour générer une impulsion de longueur d'onde très courte de lumière
ultraviolette. Cette impulsion est ensuite dirigée sur l'échantillon
d'atomes de néon, suivie par l'impulsion initiale retardée.
Finalement, à l'aide de miroirs judicieusement disposés pour altérer
précisément le retard, les physiciens peuvent dresser une carte de
l'effet tunnel des électrons avec une résolution de moins d'une
femtoseconde (10^-15 s).
Selon la théorie
quantique, la probabilité pour qu'un électron traverse la barrière
de potentiel par effet tunnel doit augmenter par saut avec chaque
crête successive de l'impulsion ionisante. Krausz et son équipe sont
les premiers à pouvoir confirmer "de visu" ce fait (voir la
figure).
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Source:
PhysicsWeb
Illustration: MPQ/MAP |
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