Thèse Influence de la Corrélation Électronique et de la Dynamique Nucléaire sur l'Ionisation en Champ Fort H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Bordeaux École doctorale : Sciences Physiques et de l'Ingénieur Laboratoire de recherche : Centre Lasers Intenses et Applications Direction de la thèse : Luc BERGE ORCID 0000000255317692 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Le rayonnement térahertz (THz) s'est imposé comme un outil puissant, tant pour les applications technologiques que pour la recherche fondamentale en physique. En particulier, les ondes THz sont largement utilisées dans divers domaines tels que l'imagerie médicale, la surveillance environnementale, l'analyse du patrimoine culturel, la cryptographie et la sécurité intérieure. D'un point de vue fondamental, le rayonnement THz constitue également une sonde unique en astrophysique pour l'étude du gaz cosmique froid et de la formation des galaxies primordiales, ainsi que pour la spectroscopie moléculaire et l'exploration des transitions ultrarapides dans les solides, car l'énergie de ses photons correspond à de nombreux modes d'excitation de basse énergie dans la matière.

Un mécanisme efficace de génération du rayonnement THz repose sur la création d'un plasma d'électrons libres par une impulsion laser intense composée d'une fréquence fondamentale et de son second harmonique. Dans de tels champs bicolores, l'asymétrie du champ électrique induit des courants d'électrons directionnels lors de l'ionisation, conduisant à l'émission d'un rayonnement secondaire connu sous le nom de rayonnement de Brunel [1]. Plus précisément, la composante harmonique la plus basse de cette émission correspond à des impulsions THz ultracourtes, intenses et à large bande. Des études antérieures ont montré que l'efficacité de la génération de champs THz peut être fortement contrôlée en ajustant la phase relative entre le champ fondamental et son second harmonique. En modulant cette phase, il est possible de manipuler la symétrie de la dynamique des électrons induits par laser, ce qui modifie le rayonnement THz émis [2]. Cette sensibilité fait de l'émission THz un outil précieux pour l'étude de la dynamique d'ionisation ultrarapide.

Au-delà du domaine THz, cette même interaction non linéaire produit également des composantes de plus haute fréquence associées à la génération d'harmoniques d'ordre élevé (HHG pour High-order Harmonic Generation). Le rendement des harmoniques d'ordre élevé peut présenter de fortes variations, étroitement liées à l'évolution rapide de la densité électronique sur des échelles de temps de quelques femtosecondes. Par conséquent, la HHG fournit également une sonde ultrarapide de la dynamique électronique avec une sensibilité spatiale nanométrique. L'émission simultanée de rayonnement THz et d'harmoniques d'ordre élevé offre ainsi une vision complémentaire des processus sous-jacents en champ intense.

L'objectif de ce projet doctoral est d'étudier analytiquement et numériquement l'influence du mouvement nucléaire et de la corrélation électronique sur ces processus de rayonnement secondaire, en particulier le rayonnement de Brunel et la génération d'harmoniques d'ordre élevé. Deux modèles théoriques ab initio seront développés à partir de la solution numérique de l'équation de Schrödinger dépendante du temps (TDSE pour Time-Dependent Schrödinger Equation). Le premier modèle intégrera explicitement la dynamique couplée électron-noyau [3], permettant d'explorer le rôle du mouvement nucléaire lors de l'ionisation en champ intense. Le second modèle intégrera les effets de corrélation électron-électron afin d'étudier leur impact sur le rayonnement émis en régime de champ intense.

Une attention particulière sera portée à la cohérence quantique du système électronique et à son influence sur le rayonnement émis. Le projet étudiera notamment les régimes où des paquets d'ondes électroniques intriqués se forment lors de l'interaction, et comment les états quantiques cohérents résultants influencent les propriétés du rayonnement THz et des harmoniques d'ordre élevé générés [4].
Voir ci-dessus. Voir ci-dessus Compte tenu de la complexité de calcul de ces approches, les premières investigations s'appuieront sur des modèles de dimensionnalité réduite qui rendent compte de la physique essentielle tout en restant numériquement gérables et pertinents expérimentalement. En fonction de l'avancement de ces recherches et de la faisabilité informatique, l'étude pourra ultérieurement être étendue à des simulations en dimension 3D complète en régime de champ intense, notamment pour explorer plus en détail les effets de couplage nucléaire.

Solides connaissances en physique quantique et en électromagnétisme. Maîtrise de la programmation (algorithmes). Une bonne connaissance des langages Python, C et C++ sera appréciée.