Le matin dans un laboratoire de physique commence souvent par la lumière. Pas la lumière du soleil qui filtre à travers les fenêtres ou se pose doucement sur les instruments, mais des faisceaux soigneusement guidés à travers des miroirs et des lentilles—des lignes fines de luminosité tracées avec un but à travers la pièce.
Depuis des décennies, certains des faisceaux les plus précis proviennent d'énormes installations, des machines qui remplissent des salles entières ou même des bâtiments. Leur lumière atteint des longueurs d'onde et des énergies difficiles à obtenir avec un équipement de laboratoire ordinaire. Pourtant, récemment, des chercheurs ont commencé à réduire certaines de ces capacités à la taille d'une table.
Un nouveau système laser rapporté par des physiciens serait jusqu'à mille fois plus efficace que les approches antérieures utilisées pour produire une lumière de haute énergie similaire. L'appareil fonctionne sur un banc de laboratoire plutôt qu'à l'intérieur de vastes halls d'accélérateurs, mais ses performances pourraient permettre aux scientifiques d'explorer des phénomènes autrefois accessibles uniquement avec des équipements beaucoup plus grands.
Le faisceau produit par le système se situe dans la région ultraviolette extrême (EUV) du spectre électromagnétique. La lumière à ces longueurs d'onde transporte suffisamment d'énergie pour sonder des matériaux à des échelles extrêmement petites—assez petites pour révéler des imperfections cachées profondément dans les puces semi-conductrices.
Pour les ingénieurs travaillant dans la microélectronique, de tels défauts peuvent déterminer la fiabilité des dispositifs qui alimentent l'informatique moderne. Même une petite irrégularité dans la structure d'une puce peut influencer la façon dont les électrons circulent à travers les circuits. Un laser EUV plus efficace pourrait rendre possible le scan des matériaux semi-conducteurs avec une plus grande sensibilité, détectant des défauts qui restaient auparavant invisibles.
Mais les implications de la nouvelle technologie vont au-delà de la fabrication.
La lumière ultraviolette extrême interagit également avec les noyaux atomiques de manière inhabituelle. Certains isotopes possèdent des transitions d'énergie nucléaire qui peuvent être déclenchées par des photons dans cette partie du spectre. Ces transitions sont centrales à l'idée d'une horloge nucléaire, un dispositif théorique de mesure du temps qui pourrait surpasser la précision des meilleures horloges atomiques d'aujourd'hui.
Le concept repose sur le principe que la fréquence détermine le temps. En physique, la relation entre la fréquence et la période d'oscillation peut être écrite comme :
$$T = \frac{1}{f}$$
où T est la période d'un cycle et f est la fréquence d'oscillation. Plus la fréquence utilisée pour marquer le temps est élevée et stable, plus l'horloge résultante devient précise.
Les horloges atomiques exploitent déjà des transitions électroniques extrêmement stables au sein des atomes pour mesurer le temps avec une précision extraordinaire. Les horloges nucléaires, en revanche, s'appuieraient sur des transitions à l'intérieur du noyau atomique lui-même—des événements considérés comme encore moins sensibles aux perturbations environnementales.
Produire le bon type de lumière pour exciter ces transitions nucléaires a longtemps été un défi technique. Les longueurs d'onde requises se situent dans le territoire difficile entre les lasers ultraviolets traditionnels et les sources de rayonnement de haute énergie. Des lasers EUV de table efficaces pourraient aider à combler cette lacune, offrant aux laboratoires un moyen pratique d'étudier ces transitions insaisissables.
Le nouveau système atteint son efficacité grâce à des améliorations dans le processus connu sous le nom de génération d'harmoniques élevées, où des impulsions laser intenses interagissent avec des gaz pour produire de la lumière à des longueurs d'onde beaucoup plus courtes. En affinant la manière dont l'énergie est transférée pendant cette interaction, les chercheurs ont réussi à augmenter de manière spectaculaire la quantité de lumière EUV utilisable produite.
Le résultat est un faisceau suffisamment puissant pour soutenir des expériences qui exigeaient auparavant des installations beaucoup plus grandes. Pour les scientifiques explorant les matériaux semi-conducteurs ou les fondements de la mesure du temps, la différence est significative.
L'étude rapporte que le nouveau laser de table peut générer de la lumière ultraviolette extrême avec des efficacités environ mille fois supérieures à celles des systèmes antérieurs, permettant potentiellement d'améliorer l'inspection des semi-conducteurs et de faire progresser la recherche vers des horloges nucléaires pratiques.
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Une couverture crédible et/ou un rapport primaire existent de : Nature Photonics Physics World ScienceDaily Phys.org IEEE Spectrum
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