European XFEL concentre des impulsions de rayons X durs à 180 nanomètres
Un système de miroirs optiques concentre des impulsions de 300 attosecondes pour atteindre des intensités record dépassant 10²⁰ watts par centimètre carré.
Traduit automatiquement de l’original en anglais Lire l’original
Des physiciens de l'installation de recherche European XFEL ont comprimé des flashs de rayons X durs durant seulement 300 attosecondes en une tache de 180 sur 330 nanomètres. L'innovation optique, rapportée dans la revue Optica, délivre des densités de puissance supérieures à 10²⁰ watts par centimètre carré pour suivre la dynamique des électrons lors de réactions chimiques.
Quatre réflexions pour comprimer la lumière attoseconde
Générer des impulsions ultra-courtes de lumière de haute énergie ne représente que la moitié du travail dans la science des rayons X moderne. Lors d'une expérience menée en avril 2026 à l'European XFEL, des chercheurs ont dirigé des flashs de rayons X durs d'une durée estimée à 300 attosecondes dans un système optique spécialisé afin de concentrer leur énergie, comme le rapporte ScienceDaily.
L'équipe s'est appuyée sur un montage optique Kirkpatrick-Baez avancé, dit système AKB. Cette configuration utilise deux miroirs de précision qui redirigent et focalisent le faisceau selon les axes horizontal et vertical, sur quatre réflexions au total. En repliant le faisceau dans une zone environ 100 000 fois plus petite que la section d'un cheveu humain, l'appareil a produit une tache focale de 180 × 330 nanomètres. La concentration d'énergie obtenue établit une nouvelle référence en fluence et en intensité pour les rayons X durs attosecondes.
« C'est un record du monde d'intensité et de fluence pour une impulsion attoseconde de rayons X durs. »
— Ichiro Inoue, premier auteur, université de Tokyo
« C'est presque magique de voir cela se produire. La fluorescence normale part dans toutes les directions, quelle que soit la direction du faisceau incident. Mais lorsque le seuil ASE est franchi, on voit le cône de lumière commencer à se condenser vers l'avant. »
— Anders Madsen, chef de groupe à l'instrument MID de l'European XFEL
L'émission stimulée confirme une puissance extrême dans le cuivre
Pour vérifier la densité du faisceau, les scientifiques ont visé une fine feuille de cuivre au sein de l'instrument Materials Imaging and Dynamics, dit instrument MID. Le faisceau incident a arraché des électrons aux couches les plus internes des atomes de cuivre, laissant des places vacantes au cœur de ces atomes.
Lorsque des électrons périphériques sont retombés dans ces lacunes, ils ont émis un rayonnement X secondaire. Sous un éclairage ordinaire, cette lumière de fluorescence se diffuse dans toutes les directions. À des intensités de faisceau dépassant 10²⁰ watts par centimètre carré, le processus a basculé vers une émission spontanée amplifiée, créant un faisceau dirigé vers l'avant. À mesure que l'énergie des impulsions augmentait, ce signal d'émission a fini par saturer, confirmant de façon indépendante la focalisation calculée.
Saisir le mouvement des électrons avant les dommages dus au rayonnement
Observer le déplacement des électrons entre les atomes exige des vitesses supérieures à celles auxquelles les liaisons chimiques peuvent se rompre. Les flashs ultra-courts permettent aux chercheurs de sonder la matière avant que le rayonnement incident n'en modifie la structure moléculaire. De tels assemblages de miroirs de précision représentent le type d'invention physique qui sous-tend les avancées des laboratoires de physique des hautes énergies.
Si les brevets industriels couvrent rarement une optique de ligne de faisceau unique construite pour des installations de synchrotron, la propriété intellectuelle liée à la fabrication de surfaces d'une précision extrême continue de se diffuser dans la lithographie et la métrologie des semi-conducteurs. L'équipe de l'université de Tokyo et du centre de recherche DESY vise désormais à utiliser le faisceau focalisé pour étudier des interactions lumière-matière non linéaires jusqu'ici inaccessibles.
À lire aussi sur The Patent : ITER alimente un aimant supraconducteur de 330 tonnes à 34 kiloampères · Cellules sanguines et hème de dinosaure les plus anciens découverts dans un fossile vieux de 115 millions d'années
