Dynamique électronique attoseconde dans le régime du champs fort // Attosecond electron dynamics in semiconductors in the strong field regime

La physique attoseconde (1 attoseconde = 10-18 seconde), dont l'importance a été reconnue par l'attribution du Prix Nobel de Physique 2023 à ses découvreurs, a récemment évolué vers l'étude de la matière condensée. Dans un cristal semi-conducteur ou diélectrique, l'excitation par un champ laser intense des électrons de la bande de valence à la bande de conduction génère des porteurs de charge engendrant ainsi un courant ultrabref. En façonnant le champ électromagnétique du laser à l'échelle du cycle optique, ces processus peuvent être contrôlés de façon réversible à l'échelle de l'attoseconde. En outre, ces dynamiques ont pour effet l'émission de radiation de courte longueur d'onde par un phénomène appelé la génération d'harmoniques d'ordre élevé. L'objectif de la thèse sera de proposer et d'étudier expérimentalement différentes solutions pour façonner et contrôler ces dynamiques électroniques dans les cristaux.
Le travail de thèse peut être découpé en deux parties. Dans un premier temps, le candidat va proposer des schémas expérimentaux variés basés sur une mise en forme du champ électrique du laser et sur les propriétés fondamentales des cristaux semiconducteurs ou 2D. Elle/il développera ensuite la caractérisation temporelle des impulsions attosecondes émises lors de ces interactions. A terme, l'utilisation de la lumière ultrabrève pour contrôler le mouvement des électrons dans un cristal semi-conducteur ouvre la voie à l'optoélectronique petahertz, reposant sur des dispositifs commutant 1000 fois plus vite que les transistors actuels les plus rapides.
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Attosecond physics (1 attosecond = 10-18 second), the importance of which has been recognized by the award of the Nobel Prize in Physics in 2023 to its discoverers, has recently evolved to tackle the study of condensed matter. In a crystal, the excitation by an intense laser field of electrons from the valence to a conduction band generates charge carriers, leading to an ultrashort current. By shaping the laser electromagnetic field at the optical cycle level, these processes can be controlled in a reversible way at the attosecond time scale. Moreover, those dynamics result in the emission of short wavelength radiation through a nonlinear process called high order harmonic generation (HHG). Throughout the PhD, the candidate will design experiments and investigate different solutions to shape and characterize the temporal dynamics of HHG in crystal, building on the latest experimental developments of our group. This work can be organized into two main parts. First, the student will develop original schemes to control the HHG emission by shaping the laser electric field and exploiting fundamental crystal properties in semiconducting crystals and 2D materials. She/he will then develop the temporal characterization of the attosecond pulses emitted during those interactions. In the long term, using light to control the motion of electrons in a semiconducting crystal opens the way towards petahertz optoelectronics, which would relies on electronic devices switching 1000 times faster than the current fastest transistors.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://iramis.cea.fr/en/lidyl/dico/generation-of-high-order-harmonics-in-crystals

Contrats ED : Programme blanc GS-Physique*Programme pour normalien ENS Paris-Saclay

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

Etudiant niveau master 2 ou école d'ingénieur, avec un profil orienté vers la physique des lasers, la physique des milieux condensés ou l'interaction laser/matière.
Master 2 or equivalent, oriented towards the physics of lasers, condensed matter physics or laser-matter interaction.