Un spectromètre Doppler bidimensionnel capture les mouvements d’un plasma chaud et dense induit par un laser femtoseconde à haute intensité à différents endroits sur une surface solide. Crédit : K. Jana et Amit Lad
De grands sauts dans la science et la technologie ont été propulsés par les progrès récents dans l’observation des phénomènes physiques en évolution rapide, au fur et à mesure qu’ils se produisent. Les lasers femtosecondes de l’infrarouge aux rayons X nous ont permis de « regarder » en temps réel les atomes danser dans les molécules et les solides aux échelles de temps femtoseconde et picoseconde. Regarder des mouvements si fascinants pas seulement en temps réel mais aux emplacements spatiaux où ils se produisent, est un plus grand défi.
C’est précisément cette avancée qui a été réalisée par une équipe de chercheurs du Tata Institute of Fundamental Research de Mumbai, de l’Université York et des Rutherford Appleton Laboratories, au Royaume-Uni. Ils ont fait exploser une surface solide avec une intensité ultra-élevée (10^19 W/cm²), une impulsion laser de 25 femtosecondes (pompe) créant un chaud et dense plasma et surveillé son mouvement ultra-rapide en réfléchissant une seconde impulsion femtoseconde faible (sonde). Les décalages Doppler de la longueur d’onde imposée à l’impulsion de sonde réfléchie par le plasma à évolution rapide révèlent les mouvements vers l’extérieur (décalage bleu) et vers l’intérieur (décalage rouge) du plasma.
Le mouvement d’un plasma chaud et dense créé sur une surface cible solide par un laser à ultra haute intensité. Le film montre différentes régions d’un plasma entrant et sortant à grande vitesse à différents moments, contrairement à l’attente habituelle d’un mouvement quelque peu uniforme. (Les données ont été interpolées entre les points de données mesurés pour faire le film à titre d’illustration.) Crédit : Ankit Dulat
Aucune étude précédente n’a capturé le mouvement sur toute la surface du plasma – la «piste de danse» – en une seule expérience. Cette équipe a couplé une résolution temporelle femtoseconde à une résolution spatiale micrométrique, capturant ainsi les torsions ultra-rapides du plasma à différents emplacements transversaux.
Les expériences ont conçu un nouveau moniteur Doppler 2D avec seize spectromètres indépendants à haute résolution, tous déclenchés par l’impulsion laser de pompage et capturant la vitesse instantanée du plasma à différents emplacements spatiaux. Ils montrent que différentes parties du plasma entrent et sortent à des moments différents, contrairement à l’attente habituelle d’un mouvement quelque peu uniforme. Cette nouvelle méthode peut s’avérer très utile pour suivre le flux de chaleur et d’énergie le long de la surface et observer la croissance des instabilités du plasma, très importante pour comprendre la science du plasma laser et faire avancer les applications des plasmas laser femtoseconde à haute intensité dans l’imagerie et fusion laser.
Référence : “Femtoseconde, cartographie Doppler spatiale bidimensionnelle de l’interaction ultraintense laser-cible solide” par Kamalesh Jana, Amit D. Lad, David West, Will Trickey, Chris Underwood, Yash M. Ved, APL Robinson, J. Pasley et G Ravindra Kumar, le 9 juillet 2021, Examen physique de la recherche.
DOI : 10.1103 / PhysRevResearch.3.033034
