Description

La thèse porte sur l'interaction de faisceaux de lumière structurés avec des cibles atomiques et moléculaires, et plus particulièrement avec des molécules chirales.

Les molécules chirales sont d’une importance cruciale en biologie sachant qu’elles servent de base à la construction de la matière organique nous constituant. Elles se présentent sous deux formes, dites énantiomères, images non superposables l’une de l’autre dans un miroir. Il est fondamental de différencier les énantiomères d’une même espèce chirale sachant qu’ils interagissent de façon distincte avec leur environnement dès lors que ce dernier est aussi de nature chirale – ce qui est généralement le cas des chimiorécepteurs d’organismes vivants. Les énantiomères sont communément identifiés au travers de leur interaction avec de la lumière chirale polarisée circulairement, de spin s=±ℏ. La signature chirale est particulièrement significative dès lors que l’on observe la distribution de photoélectrons résultante du processus d’ionisation induit par le faisceau incident [1]. Mais on sait maintenant générer des faisceaux de lumière transportant aussi un moment angulaire orbital l=±nℏ, avec n entier. On a alors affaire à des faisceaux de lumière hélicoïdale formant des vortex optiques. Il a été récemment montré que ces vortex influencent l'amplitude d'ionisation en champ fort de systèmes atomiques et moléculaires [2]. Il est alors probable que le moment angulaire orbital de la lumière exacerbe aussi la discrimination d'énantiomères au travers de l'échange de moment entre lumière et matière.
Cela sera théoriquement étudié dans le cadre de la thèse, focalisant notre attention sur la distribution angulaire de photoélectrons, au-delà de [2]. Des cibles achirales seront étudiées dans un premier temps, avant de considérer la différenciation d'énantiomères. Nous considèrerons tous les régimes d'ionisation, allant de l'absorption d'un photon au régime de champ fort, en passant par le cas intermédiaire multiphotonique. Les résultats des calculs seront comparés aux expériences menées en parallèle au CELIA.

Références:
[1] S. Beaulieu et al., New. J. Phys. 18, 102002 (2016) ; V. Wanie et al., Nature 630, 109 (2024)
[2] J.-L Bégin et al, Nat. Commun. 16, 2467 (2025)

Compétences requises

Master 2 de Physique ou de Chimie Physique, ou diplôme équivalent Connaissances en physique atomique et moléculaire, et en interaction lumière-matière idéalement.

Mots clés

physique atomique et moléculaire, interaction lumière-matière