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Physique |
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Posté par Michel le Vendredi 26 Octobre 2007 à
00:00:29 |
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| "Chronométrer" les électrons à
l'échelle de l'attoseconde |
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 Des chercheurs européens ont développé une nouvelle
technique permettant d'étudier le mouvement des électrons dans un
solide avec une précision inférieure à 100 attosecondes (10^-16 s).
Les scientifiques ont ainsi pu mesurer le temps
mis par des électrons excités par un faisceau laser
pour atteindre la surface
d'un échantillon.
L'expérience
de spectroscopie photo émissive a révélé que les électrons de la
bande de conduction émergent deux fois plus vite que les électrons
de liaison.
La théorie
classique de l'atome
de Bohr prédit que l'électron
d'un atome
d'hydrogène
met environ 150 attosecondes pour "parcourir son orbite".
Les noyaux atomiques se déplaçant beaucoup plus lentement, la
spectroscopie à l'échelle de l'attoseconde pourrait être employée
pour étudier le comportement des électrons en considérant les atomes
immobiles dans le temps.
Pour les gaz
atomiques, ce type de spectroscopie est possible depuis un certain
temps, mais les expériences semblables sur les solides étaient
jusqu'alors limitées à une résolution d'environ 10 femtosecondes
(10^-14 s). Ferenc Krausz de l'institut Max Planck d'optique
quantique de Garching en Allemagne, en collaboration avec des
physiciens d'autres universités en Allemagne, Autriche et Espagne
ont désormais trouvé un moyen d'améliorer cette
précision.
Leur technique utilise une impulsion de 300 as
(attosecondes) de lumière
ultraviolette extrême (XUV), qui pénètre l'échantillon et en éjecte
des électrons par effet
photoélectrique. Dans le même temps une impulsion
beaucoup plus longue de lumière infrarouge
est réfléchie de la surface de l'échantillon. Une fois éjectés, les
électrons sont accélérés par la lumière infrarouge vers un détecteur
de "temps-de-vol" placé au-dessus de l'échantillon. Cette instrumentation
mesure les temps d'arrivée des électrons avec une précision de
l'ordre de l'attoseconde.
L'équipe a prouvé l'efficacité de
la technique en étudiant le temps mis par les électrons pour être
éjectés d'un échantillon de tungstène après avoir absorbé un photon
XUV. Ils ont découvert que les électrons s'échappaient du matériau
en deux groupes distincts séparés par environ 110 as. En mesurant
l'énergie
cinétique des électrons de chaque groupe, Krausz et ses
collègues ont conclu que les premiers à partir étaient les électrons
de conduction, suivis par les électrons de liaison.
Selon
l'équipe, environ 20 as de ce délai étaient dus au fait que les
électrons de liaison excités avaient davantage de trajet à parcourir
dans le tungstène que les électrons de conduction excités, et
provenaient donc probablement du plus profond de l'échantillon. Les
90 as restantes du retard correspondent à la différence d'énergie
cinétique
prévue entre les électrons de liaison et ceux de conduction, chacun
d'entre eux ayant absorbé un photon XUV.
Le niveau de
l'attoseconde est la limite absolue concernant la rapidité de
fonctionnement d'un dispositif électronique. Les minuscules circuits
électroniques ayant une taille de quelques atomes pourraient, en
principe, permettre la commutation de courants électriques à des
fréquences de l'ordre du petahertz (10^15 Hz), ce qui représente
près d'un million de fois la fréquence
des processeurs actuels. Cependant, les scientifiques en savent très
peu sur la façon dont les électrons se déplaceraient réellement dans
de tels circuits, et c'est pourquoi Krausz et ses collègues pensent
que leur nouvelle technique jouera un rôle intéressant dans le
développement des futures technologies de
l'électronique.
Notes:
1 attoseconde (1 as) = 10^-18
seconde
1
femtoseconde (1 fs) = 10^-15 seconde
1 petahertz (1 PHz) = 10^15
hertz
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Source:
PhysicsWorld
Illustration: NASA |
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