attoseconde

Une attoseconde est 10-18 secondes, soit un quintillionième de seconde. Le terme suit la séquence de préfixes SI : après la femtoseconde (10-15s) vient la picoseconde, puis l'attoseconde, nommée d'après le mot danois atto, signifiant dix-huit. En métrologie pratique, une attoseconde représente la plus courte échelle de temps à laquelle les équipements de mesure modernes peuvent résoudre des événements physiques individuels, en particulier le mouvement des électrons au sein des atomes.

Les impulsions attosecondes sont générées en utilisant la génération de hautes harmoniques (HHG), un processus optique non linéaire. Une impulsion laser femtoseconde frappe un gaz noble tel que l'argon ou le néon ; le champ électrique oscillant arrache les électrons des atomes et les recombine, libérant de l'énergie sous forme de rayonnement ultraviolet extrême (EUV) ou de rayons X mous. En isolant un seul demi-cycle du laser pilote, les chercheurs produisent des trains d'impulsions d'une durée de quelques attosecondes. Les sources de laboratoire actuelles atteignent des largeurs d'impulsion d'environ 50 à 200 attosecondes.

Mesure et application

La métrologie attoseconde n'est pas un travail d'inspection de routine, mais plutôt un outil de recherche en spectroscopie ultrarapide et en physique fondamentale. Les chercheurs utilisent des impulsions attosecondes pour mesurer comment les électrons réagissent aux champs électriques intenses, comment ils traversent les barrières par effet tunnel et comment ils se transfèrent entre les orbitales moléculaires lors des réactions chimiques. La technique révèle des dynamiques invisibles aux sondes femtosecondes conventionnelles. Une expérience typique utilise une géométrie pompe-sonde : une impulsion attoseconde excite un électron, et une seconde impulsion (souvent de la même source) interroge son état après un délai calibré.

Le défi pratique est l'intensité et la stabilité. Les impulsions attosecondes transportent très peu d'énergie, généralement de l'ordre du nanojoule, car elles sont extraites d'un spectre plus large. La génération d'impulsions reproductibles nécessite des lasers femtosecondes stables et de haute puissance fonctionnant à des dizaines de watts et des lignes de faisceau sous vide soigneusement conçues pour transporter la lumière EUV sans absorption. Des fluctuations de même quelques pour cent de la puissance laser ou de la position du faisceau dégradent la qualité de la mesure.

La mesure attoseconde reste confinée aux laboratoires et installations de recherche spécialisés. La métrologie industrielle opère à des échelles de temps beaucoup plus longues : les régimes picoseconde et nanoseconde dominent les tests électroniques. Néanmoins, la science attoseconde progresse vers des questions pertinentes pour les dispositifs, telles que la dynamique des porteurs de charge dans les semi-conducteurs et l'interaction lumière-matière dans les nanostructures, ce qui pourrait éventuellement éclairer les méthodes d'inspection et de caractérisation des composants de nouvelle génération.