Stage de niveau M2 dans l'équipe DIRAM
English below
L’étude photochimique des nanoparticules (NP) revêt une importance majeure dans des domaines aussi variés que la biologie, les nanotechnologies ou la conversion d’énergie. En effet, lorsque la taille des objets devient comparable à la longueur d’onde d’excitation, des phénomènes photophysiques spécifiques apparaissent, absents dans les systèmes isolés ou macroscopiques. Parmi ceux-ci figurent des effets non linéaires, induits par l’amplification locale du champ électromagnétique ou par la formation d’états excitoniques confinés [1].
Ce stage s’intéressera plus particulièrement aux effets fortement non linéaires apparaissant sous éclairement laser intense. Les travaux débuteront par une caractérisation systématique de l’interaction laser-nanoparticule pour des nanoparticules isolées et de taille sélectionnée. Cette interaction générera un plasma, produisant des ions comme observable principal — dont la masse, la vitesse et la distribution angulaire seront mesurées pour élucider les mécanismes d’interaction lumière-matière aux échelles femtoseconde et nanométrique. Le stage portera sur l’étude de nanoparticules organiques et inorganiques.
Dispositif expérimental
Les expériences seront réalisées à l’ISMO à l’aide d’un laser femtoseconde (3 kHz, 30 fs, 4,5 mJ, 800 nm). Un jet de nanoparticules de taille sélectionnée sera focalisé pour interagir avec le laser au sein d’un spectromètre à imagerie de vitesse (VMIS, Velocity Map Imaging Spectrometer).
Des mesures de la masse, de la vitesse et de la distribution angulaire des photoions émis seront effectuées pour différents paramètres d’impulsion laser (intensité, durée d’impulsion, etc.) afin d’éclairer les mécanismes d’interaction lumière-matière aux échelles femtoseconde et nanométrique. Ces mesures seront réalisées à l’aide d’une caméra haute performance TPX3Cam.
Traitement des données
Les données expérimentales seront analysées à l’aide de scripts Python, incluant des algorithmes d’apprentissage automatique supervisé et non supervisé pour l’extraction de caractéristiques et l’interprétation des résultats.
Les événements individuels seront enregistrés dans une base de données et traités via une pipeline personnalisée développée pendant le stage. Cette approche permettra d’extraire des tendances statistiques en fonction des paramètres d’interaction (par exemple, intensité du laser, taille des NPs), pour les nanoparticules organiques et inorganiques.
The photochemical study of nanoparticles (NPs) holds significant importance across diverse fields such as biology, nanotechnology, and energy conversion. Indeed, when the size of physical objects becomes comparable to the excitation wavelength, specific photophysical phenomena emerge— that are absent in isolated or macroscopic systems. These include nonlinear effects, driven either by the local amplification of the electromagnetic field or the formation of confined excitonic states [1].
This internship will focus specifically on strongly nonlinear effects under high-intensity laser irradiation. The work will begin with a systematic characterization of the laser–nanoparticle interaction for size-selected, isolated nanoparticles
The interaction will generate a plasma, producing ions as our primary observable—whose mass, velocity, and angular distributions will be measured to uncover light–matter interaction mechanisms at femtosecond and nanometric scales. The internship will involve the study of both organic and inorganic nanoparticles.
Experimental Setup
Experiments will be conducted using a femtosecond laser (3 kHz, 30 fs, 4.5 mJ, 800 nm) installed at ISMO. A size-selected nanoparticle beam will be focused to interact with the laser within a velocity map imaging spectrometer (VMIS).
Measurements of the mass, velocity, and angular distribution of emitted photoions will be performed for different laser pulse parameters (intensity, pulse duration, …) to provide insights into the light–matter interaction mechanisms at the femtosecond and nanometric scales. For these measurements, we will use a high-performance TPX3Cam camera.
Data Processing
The experimental data will be analyzed using Python scripts, including unsupervised and supervised machine learning algorithms for feature extraction and result interpretation.
Individual events will be recorded in a database and processed through a custom pipeline developed during the internship. This approach will enable the extraction of statistical trends as a function of interaction parameters (e.g., laser intensity, NP size), for both organic and inorganic nanoparticles.
Contacts: Lionel Poisson, Constant Schouder
[1] A. Lietard, et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 11206-11214 (2018).
[2] G. Gallician, « Effets d’anisotropie dans la photo-ionisation induite par laser ultracourt de molécules et de nanomatériaux isolés en phase gazeuse », Thèse de l’Université Paris-Saclay (2020).