ondes de surface dans l`interaction laser-matiere

EFFETS PONDEROMOTEURS DANS
L’EXCITATION PAR LASER ULTRA-COURT
D’ONDES DE SURFACE DANS UN METAL
Michèle Raynaud
DSM/IRAMIS/LSI, CEA-CNRS-Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau
Collaborations:
Ghita Geoffroy(1), P. Martin(1), Hervé Jouin(1), Guillaume Duchateau(2)
(1) CELIA, Université Bordeaux 1, 43 rue P. Noailles, 33405 Talence
(2) CEA, Centre d’étude du Ripault, BP16, 37260 Monts
Oscillations collectives HF
induitent par la discontinuité de densité électronique
se propagent le long de l’interface métal-vide
champ électrique: intense, évanescent et localisé
Modes propres d’oscillation à la fréquence
sp
:
 
menavecck epepesppespspsp 222222222 42
Pas d’excitation laser directe
… Excitation via une surface modulée périodiquement :
a
, choisi condition de résonnance satisfaite pour
i
=
R
k/c
ksp
Ondes de surface dans un métal plan:
x
z
métal
Effets pondéromoteurs:
 
tzeEdtzdm lhf cos
22
Mouvement d’un électron dans un champ:
HF Inhomogène
spatialement
2 échelles de temps: Mvt rapide oscillations HF Mvt de dérive lent
l’électron est accéléré de la zone de fort champ vers une zone de
champ plus faible
conversion Eosc en Ecin avec U
p
I 2
Cas de l’interaction laser solide:
Ilaser=109W/cm2 et =800nm : expérience de photoémission dans les solides
Up6 10-5 eV !
   
l
t
llhf vzEzEetzzaveczzz

 
 
22222 4
mzEeUavecUdtzdm lppl 
 
kztE expcos
Energie des électrons photo-ionisés en présence de l’onde de surface:
accélération des électrons par effets
pondéromoteurs du champ de l’onde de surface
Ext. Spatiale
600nm
VIDE
Esp = Chp
inhomogène HF // z
Métal
Or
Laser, incidence oblique et polar p :
h=1.55 eV (=800nm, =2.3 1015 rad/s)
Effet Photo-électrique multiphotonique (4 photons) :
En= nh- Ws = 4 x 1.55 5.1 1 eV
x
z
Esp 100 EL en régime fs Usp=0.6 eV
Aspect temporel: Le gain en énergie dépend du temps de vie du plasmon, sp
Régime d’interaction laser fs: sp~ laser Le gain en énergie dépendra de laser et IL
L~ 100
fs
: exploration partielle du gradient de Ezfaible gain d’énergie
L~ 600
fs
: exploration totale du gradient de Ezconversion complète gain = U
sp
Résolution numérique du mouvement d’une particule test dans un champ
qui modélise l’onde de surface , modèle 1D:
 
ttzEedtzdm sp cos,
22
 
 
22
2
1
expexp, LLsp tzEtzE
Energie cinétique d’un électron test
en fonction du temps (vitesse initiale nulle):
L=1000
fs
=800
nm
IL=109
W/cm2
=100
U
sp
=0.6
eV
=650
nm
EC final >> Usp ?
1.5 eV
Ec
(eV)
temps
Phase favorable:
φ=π/2
φ=π
1 / 20 100%
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