master 2 recherche physique

MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE
PROPOSITION DE STAGE
TITRE
Etude théorique de la photoémission de surfaces métalliques stimulée par des
ondes de surface
LABORATOIRE
CELIA
RESPONSABLE(S)
Hervé JOUIN
CONTACT
Téléphone
05 40 00 61 78
e-mail
[email protected]
RESUME DU SUJET DE STAGE
Dans des conditions bien précises d’incidence et de polarisation, les photons d’une impulsion laser peuvent
exciter des modes collectifs (Surface-Plasmon-Polariton) des électrons d’une surface métallique structurée (de
type réseau). Dans ces conditions, des expériences de photoémission de surfaces métalliques en présence
d’une onde de surface excitée par un laser femtoseconde ont montré qu’aux intensités relativement faibles
considérées (109-1010 W/cm2) l’émission reste de nature photoélectrique mais que l’énergie cinétique et le
nombre des électrons émis se trouve considérablement accru par la présence de l’onde de surface. Ces résultats
peuvent se comprendre sur le plan qualitatif grâce au fait que le champ électrique associé à l’onde de surface
est d’une part inhomogène et d’autre part considérablement plus intense que celui de l’impulsion laser
excitatrice. Ce type de processus permet d’envisager la création de sources d’électrons énergétiques très
brèves car la durée de vie de l’onde de surface est de l’ordre de grandeur de la durée de l’impulsion laser
excitatrice. Des travaux expérimentaux relatifs à ces phénomènes sont réalisés au CELIA en collaboration
avec le Laboratoire des Solides Irradiés (LSI) à Palaiseau.
Sur le plan théorique, nous développons un modèle dans lequel le processus de photoémission en présence
d’une onde de surface est décomposé en deux étapes.
Tout d’abord, on réalise un calcul quantique qui permet d’obtenir la probabilité d’émission en fonction de
l’énergie des électrons éjectés ainsi que la probabilité en fonction du temps au cours de l’impulsion pour une
énergie finale fixée. Ces résultats « primaires » permettent alors de définir les conditions initiales de la
deuxième étape qui consiste en une simulation classique du mouvement des électrons dans le champ
inhomogène de l’onde de surface. Nous obtenons ainsi des spectres énergétiques qui peuvent être directement
comparés aux résultats expérimentaux. Les premières comparaisons de ce type que nous avons pu réaliser
récemment sont très encourageantes ; en particulier elles confortent l’hypothèse des deux étapes.
Les calculs quantiques relatifs à la première étape sont réalisés actuellement grâce à une approche
perturbative dite de « Jellium-Volkov ». Toutefois, il est apparu que du fait de l’intensité importante du champ
associé à l’onde de surface, le domaine de validité de cette approche est très restreint pour le type
d’application qui nous importe ici. Il est donc nécessaire de développer une approche non-perturbative qui va
consister à résoudre de façon numérique l’équation de Schrödinger dépendant du temps.
Le stage consistera à participer aux développements des divers aspects de la modélisation (et en particulier à la
partie quantique) puis à établir des comparaisons avec les spectres électroniques expérimentaux. Le travail
débuté lors du stage pourrait être poursuivi dans le cadre d’une thèse.