Le GDR Ultrafast Phenomena (UP)
regroupe la communauté française des expérimentateur·trice·s et théoricien·ne·s, intéressé·e·s par les phénomènes physiques aux échelles de temps ultracourts (attoseconde, femtoseconde, picoseconde).

Le GDR s’intéresse aux phénomènes de dynamique de charges, de vibrations, de transfert d’énergie, de changements structuraux, de transitions de phase etc…

Les systèmes étudiés concernent toutes les phases de la matière (diluée, solide, liquide, plasma), des atomes et molécules simples ou complexes, isolées ou en phase condensée, aux matériaux et objets nanométriques. La physique et le développement de sources de rayonnements secondaires ultrabrefs (UVX, THz, électrons, protons) sont également au cœur du GDR UP, renforçant l’émergence de nouvelles thématiques.

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Nos thématiques

Sciences attosecondes

Systèmes en phase gazeuse, de l’atome à la molécule complexe

Femtochimie et femtobiologie en phase condensée

Dynamique ultrarapide dans les matériaux et les nanostructures

Sources secondaires de rayonnement, accélération laser-plasma

Sciences attosecondes

Cet axe réunit les sciences attosecondes théoriques et expérimentales. Il couvre à la fois la génération d’impulsions attosecondes par génération d’harmoniques d’ordre élevé (HHG) et l’étude de dynamiques ultrarapides à l’échelle attoseconde, telles que la photoionisation, la cohérence électronique, ou encore les phénomènes magnétiques. Les systèmes étudiés vont des petites espèces en phase gazeuse (atomes, molécules diatomiques ou triatomiques) à des molécules plus complexes en phase diluée ou liquide, ainsi qu’aux matériaux condensés. Cet axe s’inscrit dans un domaine de recherche en plein essor, récemment mis en lumière par le prix Nobel de physique 2023 décerné à Anne L’Huillier, Pierre Agostini et Ferenc Krausz.

Mots-clés : Dynamique attoseconde en matière diluée, liquide et condensée, cohérence, décohérence, intrication, attomagnétisme, physique du cycle optique, physique du champ fort, impulsions attosecondes VUV, XUV, X-ray, lasers à électrons libres attosecondes.

Systèmes en phase gazeuse, de l’atome à la molécule complexe

Cet axe s’intéresse à la dynamique de systèmes atomiques ou moléculaires en phase gazeuse, sur des échelles de temps allant de la femtoseconde à la picoseconde et nanoseconde. Il vise à approfondir la compréhension fondamentale des premières étapes de relaxation électronique et nucléaire consécutives à une photoexcitation, en s’appuyant sur des approches théoriques et expérimentales de pointe.

Mots-clés : Dynamique ultrarapide de systèmes isolés, cohérence et contrôle cohérent, dynamiques de complexes et micro-solvatation, relaxation vibronique, impulsions façonnées, ionisation de cœur, laser à électron libre.

Femtochimie et femtobiologie en phase condensée

Cet axe s’intéresse à l’étude d’architectures moléculaires photo-actives de complexité croissante, qui repose sur la compréhension d’actes élémentaires photo-induits successifs impliquant des échelles spatio-temporelles multiples. L’interaction de molécules aux interfaces de solides métalliques ou semiconducteurs est également étudiée, en lien avec la photocatalyse, la plasmonique chimique, le photovoltaïque. Les techniques de spectroscopie ultrarapide multidimensionnelle (IR, UV) sont un atout fort pour ces études.

Mots-clés : Photo-commutation, photo-conversion, chiralité, assemblages moléculaires photo-actifs, spectroscopie 2D, spectroscopie structurelle par rayons X, photocatalyse résolue en temps.

Dynamique ultrarapide dans les matériaux et les nanostructures

Cet axe s’intéresse aussi bien aux questions de dynamique ultrarapide au sein des matériaux, résultant des couplages entre degrés de liberté, qu’aux effets induits par des champs intenses, notamment concernant l’émission d’électrons et d’ions dans des pointes nanostructurées, l’ablation, la nanostructuration… Les processus et matériaux étudiés sont nombreux, avec un fort intérêt pour les matériaux quantiques et les dynamiques de spin et de phonons non-linéaires, menant à des transitions de phase photo-induites. Les techniques sont multiples et complémentaires, basées sur un schéma pompe-sonde, couvrant les domaines THz, optique, XUV, diffraction d’X ou d’électrons ou encore la photoémission résolue en temps.

Mots-clés : Transition de phase photo-induite, matériaux quantiques, électrons fortement corrélés, femto-magnétisme, spintronique, effet de champ laser intense, attomagnétisme, plasmonique ultrarapide, dynamique électronique, excitonique, structurale, spectroscopie térahertz

Sources secondaires de rayonnement, accélération laser-plasma

Cet axe stratégique fédère les efforts dédiés au développement de sources secondaires de rayonnement ultracourt, couvrant l’ensemble du spectre électromagnétique – du THz aux rayons gamma – ainsi que des faisceaux de paquets ultracourts d’électrons et d’ions. Cela implique une compréhension approfondie des mécanismes de génération (HHG, laser-X, sources X laser-plasma thermiques et K-alpha, bêtatron, diffusion Compton, accélération laser-wakefield, miroirs plasma, etc.), de même que les avancées technologiques nécessaires à l’optimisation de leurs performances, de leur stabilité et de leur exploitabilité. Les laboratoires français occupent une position de premier plan mondial dans ces développements, ayant initié plusieurs de ces avancées. Ils sont donc idéalement placés pour impulser les recherches rendues possibles grâce aux performances exceptionnelles de ces sources ultrarapides.

Mots-clés : Accélération laser plasma pour les sources d’électrons, d’ions, d’X/gamma ultrabrèves, génération d’harmoniques élevées en phase gazeuse, condensée, et plasma, lasers ultra-haute intensité, sources XUV/X ultra-brèves.