Microscopie de Photoïonisation

Photoionization Microscopy

F. Lépine et C. Bordas
(Collaboration permanente avec Mark Vrakking (MBI) et Samuel Cohen, Université de Ioannina, Grèce)

(F. Lépine and C. Bordas)
(Permanent collaboration with Samuel Cohen, Université de Ioannina, Greece)

 

Les expériences de microscopie de photoïonisation consistent à étudier la distribution spatiale d’électrons éjectés à partir d’un atome dans une situation dans laquelle la longueur d’onde de De Broglie devient suffisamment grande pour être observée à une échelle macroscopique.

The photoionization microscopy experiments principle is to study the spatial distribution of electrons ejected from an atom in a situation in which the wavelength de Broglie becomes large enough to be observed on a macroscopic scale.

Dans ces expériences, il est alors possible d’observer expérimentalement le module carré de la fonction d’onde d’un électron éjecté dans le continuum en présence d’un champ électrique. Cette fonction d’onde peut, dans certaines conditions, être une projection directe, à une échelle macroscopique de la fonction d’onde confinée autour de l’atome.

Les premières études menées sur l’atome de Xénon [PRL2002PRL2004PRA2003] ont montré l’existence d’électrons directement éjectés ou au contraire qui diffusent sur le coeur ionique. Ces résultats ont aussi montré une évolution de la fonction d’onde mesurée indépendante de la structure du continuum d’ionisation.

In these experiments, it is possible to observe experimentally the squared modulus of the wavefunction of an electron ejected in the continuum in the presence of an electric field. This wave function may, in certain circumstances, be a direct projection to a macroscopic wavefunction confined around the atom.

The first studies done on the Xenon atom [PRL2002PRL2004PRA2003] and have shown the existence of electrons directly ejected or, at the contrary, which diffuse on the ionic core. These results have also shown an evolution of the wavefunction of the measured independent strucuture the ionization continuum.

"La première photographie d'un électron dans un atome"

"That is the first snapshot of an electron in an atom"

Au contraire les expériences récentes menées sur l’atome de Lithium [PRA2012,PRL2013] ont montré, pour la première fois l’effet des résonances pour lesquelles la fonction d’onde correspond à la fonction d’onde confinée dans le potentiel atomique. Ces expériences montrent aussi de manière claire l’effet d’ionisation tunnel qui intervient pour ces résonances.

Instead, recent experiments on the Li atom [PRA2012,PRL2013] have shown, for the first time the effect of resonances for which the wavefunction correspond to the wavefunction confined in the atomic potential. These experiments also clearly show the tunnel ionization effect which accounts for these resonances.

L’expérience fondamentale, sur l’atome d’hydrogène a été réalisée peu de temps après, en collaboration avec le FOM-Amolf. Dans ce cas, les effets de résonances deviennent très forts et illustrent parfaitement les aspects les plus fondamentaux de la mécanique quantique [PRL2013,viewpointAPS].

The reference experiment on the hydrogen  atom has been produced in collaboration with the FOM-AMOLF. In this case, the effects of resonances became very strong and perfectly illustrate the apsects of my most basic quantum mechanics [PRL2013, viewpointAPS].

Les études en cours permettent d’appréhender le rôle des couplages électroniques et vibroniques par une méthode spectroscopique dans laquelle la fonction d’onde est directement observée [PRL2014].

Studies being used to understand the role of electronic and vibronic coupling by a spectroscopic method in which the wave function is directly observed [PRL2014].

Schéma de principe de la microscopie de photoïonisation. L'électron  se propage selon la coordonné eta, tandis qu'il reste confiné dans le potentiel suivant la coordonnée ksi.

Principle of the photoionization microscopy. The electron propagate among the coordinate eta, while it still confined in the potential among  ksi.

 

  Image de microscopie de photoïonisation du lithium : F=1010 V/cm, m=1, n1=6. Le passage à résonance se manifeste par un élargissement de l’anneau extérieur , une variation du nombre d'anneaux et une forte modulation de l’interférogramme.

  Images of photoionization  microscopy on Li : F=1010 V/cm, m=1, n1=6. The resonance induce a broading of the external ring, a variation of the number of rings and a strong modulation of the pattern

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