Thèse un Changement de Paradigme dans les Expériences Ultrarapides Résolues en Temps H/F

Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay
Direction de la thèse : Gildas GOLDSZTEJN ORCID 0000000291236419
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59

L'interaction entre la lumière et la matière peut mener à la création d'états électroniques excités dont la dynamique (de relaxation) peut être extrêmement courte (femtoseconde). Le prix Nobel d'A. Zewail a montré que l'on pouvait suivre ces dynamiques en temps réel en réalisant des expériences de type pompe-sonde où un premier faisceau laser (appelé « pompe ») permet l'excitation électronique d'intérêt et où un second un faisceau laser (« sonde ») induit en général une ionisation. Le changement observé sur le spectre (d'électrons ou d'ions) en fonction du délai entre les deux faisceaux lasers permet de remonter à la dynamique. Un deuxième prix Nobel de K. Siegbahn a montré que lorsqu'on ionisait en couche interne d'un atome (c'est-à-dire en avec un photon très énergétique, on apporte suffisamment d'énergie pour arracher un électron proche du noyau atomique) l'électron émis n'avait pas la même énergie en fonction de son environnement chimique (ou électronique) même s'il appartient au même atome (exemple l'émission d'un électron 1s d'atomes de carbones pas liés aux mêmes voisins atomiques n'aura pas la même énergie) et que malgré son caractère local (les énergies des électrons internes sont bien séparées et on peut s'en servir pour ioniser sélectivement un atome particulier au sein d'une grosse molécule), il était sensible à la liaison chimique. Enfin le prix Nobel récent (2023) d'A. L'Huillier, P. Agostini et F. Krausz a montré qu'il était maintenant possible de développer des sources lasers ultrarapides et hautement énergétiques qui pourraient servir de sondes parfaites pour suivre de nombreux types de processus dynamiques sur des temps inférieurs à la femtoseconde. Tout est donc, à priori, réuni pour franchir un cap important dans le domaine de la physique moléculaire / chimie-physique. Néanmoins, de récentes études réalisées dans notre groupe ont montré que l'interaction lumière haute énergie (rayons X ou XUV) et la matière pouvait avoir un effet drastique sur l'organisation électronique autour de l'élément sondé. Ces résultats attirent notre attention sur le fait qu'il ne faut pas prendre pour acquis que le faisceau sonde ne fasse « qu'un instantané » de l'état électronique de la molécule, mais peut le perturber et donc la question naturelle est : est-ce vraiment une bonne sonde ? Surtout dans quels cas et pourquoi cette interaction influence-t-elle l'état électronique des molécules ? Cette thèse ouvre la porte vers une science complètement exploratoire mêlant traitement de données déjà présentes dans le groupe, simulation des spectres par des outils de physique et chimie quantique et d'autres expériences sur grands instruments ou sources lasers ultrarapides.

Nous avons montré que l'excitation ou l'ionisation de coeur de molécules peut réarranger très nettement les niveaux électroniques des électrons proches de la liaison chimique. Dans le cas de molécules conjuguées [1] ou contenant des métaux de transition [2-3]. Comme nous souhaitons poursuivre nos mesures statiques, par des mesures résolues en temps, il est nécessaire de rationaliser l'interaction lumière (XUV/X) - matière en amont.

Définir dans quel cas et pourquoi l'interaction avec un rayonnement très énergétique (XUV/Rayons X) influence l'état électronique des molécules.

Spectroscopie d'électrons ou d'ions