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Quand un électron sort-il du tunnel ?

by Sophie Heurtebise - published on

Quand un électron sort-il du tunnel ?

L’effet tunnel est un processus fondamental en mécanique quantique,
dans lequel une particule traverse une barrière de potentiel qu’elle
ne pourrait franchir classiquement. La description du mouvement de la
particule pendant l’effet tunnel, et notamment le temps qu’elle passe
à traverser la barrière, est source de nombreux débats. L’ionisation
par effet tunnel peut être produite par un champ laser intense.Elle a
alors lieu pendant des intervalles de temps très brefs, de l’ordre de
quelques centaines d’attosecondes autour des maxima de l’oscillation
du champ électrique laser. Les électrons ainsi libérés peuvent être
accélérés dans le champ laser, ramenés vers leur ion parent et se
recombiner avec eux, émettant des impulsions lumineuses attosecondes.
Si ces impulsions lumineuses attosecondes, les plus brèves que l’on
sache produire, sont bien caractérisées depuis une dizaine d’année,
l’instant auquel les électrons sortent de la barrière de potentiel
dans l’ionisation tunnel n’avait jamais été mesuré. C’est précisément
ce qui vient d’être effectué au Weizmann Institue en Israel dans le
cadre d’une large collaboration internationale impliquant le CELIA.
L’expérience menée repose sur l’emploi d’un champ laser additionel qui
joue le rôle d’un filtre temporel, ne laissant se recombiner que les
électrons ionisés à un instant bien déterminé. Après avoir été validée
sur des atomes d’hélium, cette technique a été appliquée au cas de
molécules de dioxyde de carbone. Elle s’est révélée sensible à une
différence de 40 attosecondes seulement entre l’ionisation depuis deux
orbitales moléculaires différentes.
L’ionisation tunnel en champ laser intense peut être le point de
départ de processus très importants se déroulant à l’échelle
attoseconde et jusqu’alors inaccessibles expérimentalement, tels que
des réarrangements électroniques ultrarapides. En donnant accès au top
départ de ces dynamiques, ces travaux ouvrent la voie à leur
caractérisation.

Figure: Représentation schématique de l’ionsation tunnel depuis deux
orbitales du dioxyde de carbone.

L’article: Resolving the time when an electron exits a tunnelling barrier
Dror Shafir, Hadas Soifer, Barry D. Bruner, Michal Dagan, Yann
Mairesse, Serguei Patchkovskii, Misha Yu. Ivanov, Olga Smirnova &
Nirit Dudovich
http://www.nature.com/nature/journal/v485/n7398/full/nature11025.html

Le News and Views: "Electrons Get Real", par Manfred Lein
http://www.nature.com/nature/journal/v485/n7398/full/485313a.html