Lorsqu'ils sont placés sous un champ laser puissant (c'est-à-dire sous une ionisation à champ fort), les électrons peuvent temporairement traverser la barrière dite de tunnels quantique, une barrière d'énergie qu'ils seraient généralement incapables de surmonter. Ce phénomène de mécanique quantique, connu sous le nom de tunneling quantique, a fait l'objet de nombreuses études de recherche.
Mesurer avec précision le temps exact qu'un électron passe à l'intérieur d'une barrière de tunneling quantique pendant l'ionisation à champ fort s'est jusqu'à présent révélé difficile. Ces dernières années, les physiciens ont développé des outils expérimentaux avancés appelés Attoclocks, qui peuvent mesurer le moment de la dynamique des électrons ultrafast et pourraient ainsi aider à répondre à cette question de recherche de longue date.
Malgré leur potentiel de mesure du temps de tunneling des électrons, la plupart des attoclocks développés à ce jour ont eu des limitations importantes et n'ont pas été en mesure de produire des mesures fiables et concluantes. Dans un article récent publié dans Lettres d'examen physiqueles chercheurs de la Wayne State University et de l'Université de Sorbonne ont introduit une nouvelle technique d'attoClock qui tire parti de la phase de transfert (CEP), le décalage entre le pic de l'enveloppe de l'impulsion d'un laser et son champ oscillant, pour collecter des mesures de temps de tunneling plus précises.
« La question du temps de tunneling a été un problème de longue date en mécanique quantique », a déclaré Wen Li, auteur principal du journal, à Issues.fr. « Attoclock est une technique récemment développée qui offre une résolution temporelle sans précédent (jusqu'à quelques attosecondes, c'est-à-dire 10-18 s). Cette technique est censée être parfaitement adaptée à la mesure du temps de tunneling. Cependant, même après deux décennies de travaux intensifs utilisant AttoClock, la question n'est pas encore répondue. «
L'objectif principal de la récente étude de Li et de ses collègues était de développer un nouvel attoclock plus efficace qui pourrait mesurer le temps de tunneling des électrons avec une précision encore plus grande. La technique qu'ils ont développée diffère de la plupart des attoclocks existants, qui sont conçus pour déduire les retards de temps en tirant la lumière polarisée elliptiquement (c'est-à-dire la lumière dans laquelle un champ électrique tourne dans un motif elliptique).
Malgré leur potentiel, ces attoclocks conventionnels nécessitent une modélisation étendue et donnent donc généralement des résultats non fiables. En revanche, la méthode AttoClock introduite par Li et ses collègues relient les mesures elliptiques à celles collectées à partir de la lumière circulaire polarisée (c'est-à-dire dans laquelle les champs électriques tournent après un motif circulaire), tirant parti de la phase dite de l'emporte-pièce.
« Par rapport aux mesures d'attoClock conventionnelles, l'attoclock résolu en phase suit vraiment le pic du champ électrique, qui est le moment exact où les électrons tunnel », a expliqué Li. « Cela supprime tous les facteurs non dépendant du temps qui déforment les résultats. »
Les chercheurs ont déjà testé leur Attoclock à résolution de phase nouvellement proposée dans une série d'expériences qui ont rassemblé de nouvelles informations précieuses. Leurs résultats suggèrent que le temps de tunneling des électrons est très faible et que les angles de déviation sont principalement déterminés par les potentiels d'ionisation, tandis que les effets du retard de tunneling sont nettement moins prononcés.
Le nouveau type d'attoClock développé par Li et ses collègues pourraient bientôt ouvrir de nouvelles possibilités pour l'étude des phénomènes quantiques ultra-rapides, qui pourraient enrichir leur compréhension.
« Avec la nouvelle technique et le travail de la théorie des articulations, nous montrons que le temps de tunneling est disparu avec une petite taille et que les angles de déviation mesurés sont uniquement associés aux potentiels d'ionisation des espèces », a ajouté Li.
« Nous examinons maintenant les retards de disparition mais non nuls mesurés dans l'étude. Parce que le retard est si petit, un nouveau« zeptoclock »pourrait être nécessaire.
