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Premières mesures d’absorption x dispersives résolues en temps sur une source à électrons libres (XFEL).

par Sophie Heurtebise - publié le , mis à jour le

Premières mesures d'absorption x dispersives résolues en temps sur une source à électrons libres (XFEL).

Premières mesures d’absorption x dispersives résolues en temps sur une source à électrons libres (XFEL).
Les lasers à électrons libres produisant un rayonnement cohérent dans la gamme des rayons X, sont depuis leur début en 2009, les sources les plus brillantes dans cette gamme spectrale. Les spécificités de ce rayonnement (impulsions femtosecondes, cohérentes, contenant jusqu’à 1012 photons par impulsion) en font un outil de premier ordre pour étudier la matière avec une résolution spatiale atomique et une résolution temporelle femtoseconde.
Ce type de source, basée sur le processus SASE (self amplified spontaneous emission) présente néanmoins des particularités qui rendent, a priori, son utilisation difficile pour certaine technique expérimentale, notamment à cause des fluctuations spectrales. La spectroscopie d’absorption près des seuils (XANES, x-ray absorption near edge spectroscopy) est une des techniques les mieux à même de révéler la structure électronique et l’ordre local de la matière. Cette technique qui est utilisée de façon routinière sur les installations de type synchrotron, nécessite une procédure spéciale
Une équipe conduite par le groupe PETRUX du CELIA, a réalisé une expérience à LCLS (LINAC Coherent Laser Source) en collaboration avec des équipes de DESY (Allemagne), European XFEL (Allemagne), Université de Berkeley (USA), SLAC (USA), LULI (France). Elle démontre la faisabilité d’expériences de type XANES sur XFEL. Les premiers résultats ont été présentés lors de la conférence WDM 2013 organisée en juin 2013.
Le schéma expérimental (figure) montre le principe de l’expérience ou une feuille de molybdène est chauffée par une impulsion laser optique, une seconde impulsion x venant sonder la matière avec un délai réglable. Une procédure spécifique permettant de s’affranchir des fluctuations spectrales de la source XFEL permet d’obtenir un spectre XANES exploitable en seulement 20 impulsions. Les premiers résultats montrent un décalage du flanc d’absorption L3 (à 2,52 keV) en quelques centaines de picosecondes. Des simulations utilisant un code de dynamique moléculaire quantique (QMD, quantum molecular dynamics) sont actuellement en cours de réalisation et devraient permettre de comprendre ce processus.
Du point de vue expérimental, cette première expérience ouvre la voie à d’autres expériences qui devraient permettre une compréhension plus approfondie de la matière sous conditions extrêmes entre solide et plasma (matière dite tiède et dense).
Contacts : F. Dorchies, J. Gaudin - CELIA / Groupe PETRUX

See also article :

“Towards simultaneous measurements of electronic and structural properties in ultra-fast x-ray free electron laser absorption spectroscopy experiments.”

J. Gaudin, C. Fourment, B.I. Cho, K. Engelhorn, E. Galtier, M. Harmand, P. M. Leguay, H. J. Lee, B. Nagler, M. Nakatsutsumi, C. Ozkan, M. Störmer, S. Toleikis, Th. Tschentscher, P. A. Heimann, F. Dorchies

Scient. Reports 4, 4724 (2014)

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