Des atomes froids aux plasmas chauds… Des molécules diatomiques aux agrégats… De la picoseconde à l’attoseconde…
L'équipe
L’équipe DIRAM se concentre sur des thématiques théoriques ou expérimentales, liées à l’étude de comportements dynamiques dans l’interaction rayonnement-matière ou induits par cette interaction.
Les thématiques principales sont:
(De gauche à droite): Lionel Poisson, Eric Charron, Raja Chamakhi (Invitée, Univ. Tunis), Ségolène Guilbaud, Denis Cubaynes, Oriane Shviro, Mourad Telmini (Invité, Univ. Tunis), Raluca Cireasa, Baptiste Zarié, Timothé Estampes, Fabien Gatti, Gabriele Crippa, Audrey Scognamiglio, Eliot Morato, Lou Barreau, Constant Schouder – Danielle Dowek
Thématiques de recherche
Nous étudions particulièrement la dynamique de processus fondamentaux (excitation, ionisation, dissociation, échange et/ou relaxation d’énergie), induits par un rayonnement sur des systèmes isolés, généralement en phase gazeuse : atomes, ions, molécules, assemblages moléculaires, agrégats, jusqu’à des nanostructures.
Nos études visent à la compréhension (i) de la dynamique individuelle de l’objet d’étude, (ii) des perturbations induites par un environnement sur la dynamique de cet objet ou (iii) de la contribution de la dynamique individuelle à des dynamiques collectives.
Les échelles temporelles qui nous intéressent vont de la dizaine d’attosecondes (10 as = 10 x 10-18 s), caractéristique des mouvements électroniques, jusqu’à la centaine de picosecondes (100 ps = 100 x 10-12 s), qui couvre les mouvements de larges structures atomiques ou moléculaires.
Les sources de rayonnement que nous considérons vont de l’infrarouge au domaine VUV-X mou, dans des régimes d’interaction variés : absorption mono-photonique d’un état de valence (UV-visible) ou de couches électroniques profondes (VUV, X-mou) ; ou interaction multi-photonique produite par un laser infra-rouge ultra-court (35 fs à 3 ps) conduisant à l’ionisation simple ou la multi-ionisation, jusqu’à la formation d’un plasma et à son couplage avec le laser. Certaines de ces sources sont disponibles sur des installations spécifiques, extérieures au laboratoire, sur lesquelles nos campagnes expérimentales peuvent être réalisées (Synchrotron SOLEIL, ATTOLab, LASERIX, FERMI-Elettra, SwissFEL, European XFEL, LCLS…).
L’information dynamique est caractérisée soit par des études spectroscopiques (mesure d’une largeur de raie d’absorption, d’un spectre d’action ou d’un spectre de photoélectron), soit par des études résolues en temps de type pompe/sonde, ou encore par des simulations numériques (dynamique quantique des noyaux et des électrons). Nous étudions tout particulièrement les phénomènes purement quantiques, associant aussi un possible contrôle par des champs lasers intenses : phénomènes de cohérence et d’interférences, résonances quantiques, effet tunnel, condensat de Bose-Einstein, etc…
Au-delà de ses nombreuses collaborations avec des laboratoires français et étrangers, l’équipe est impliquée dans plusieurs projets de l’Université Paris-Saclay (ATTOLab, QUANTUM), ainsi que dans plusieurs réseaux scientifiques nationaux (GDR UP, GDR EMIE, GDR XFEL, …) et européens (Laserlab-Europe…)
Métrologie Quantique
La physique moléculaire ultrafroide en microgravité, dans un environnement spatial, offre de nouvelles perspectives passionnantes pour explorer de nouveaux régimes de physique moléculaire à très basse énergie, offrant ainsi la possibilité de concevoir de nouveaux types d'interféromètres à ondes de matière. Ces avancées sont cruciales pour les mesures de précision en physique fondamentale et en physique des systèmes à N-corps [1]. En effet, l'émergence du refroidissement et du piégeage d'atomes par laser, suivis de la création de condensats de Bose-Einstein, a [...]
Dynamiques Photo-induites
I am text block. Click edit button to change this text. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo. Spectroscopie résolue en temps de dynamiques unimoléculaires La dynamique d'une réaction chimique est l'information essentielle qui doit être obtenue pour prétendre à une vision détaillée du mécanisme de cette réaction. Le phénomène chimique étudié est photodéclenché par un laser. Cette excitation a lieu sans changement géométrique du système réactif, mais les [...]
Actualités
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05/09/2025
Baptiste, Constant, Denis, Lionel, Lou, Ségolène et Audrey sont au Synchrotron SOLEIL pour une expérience de photo-ionisation sur la ligne DESIRS.
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25/04/2025
Baptiste, Constant et Lionel sont au LCLS en Californie pour une expérience en collaboration au XFEL ! https://vimeo.com/1099837190/615d46dce9 Lou participe à distance depuis Orsay.
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17/03/2025
Ilyas Benjabbar rejoint l’équipe pour son stage de Master 2.
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10/03/2025
Claudia Puertas Gonzales rejoint l’équipe pour son stage de Master 2.
Offres de stages, thèses, post-docs
Figure 1: Proposed experimental scheme. (a1) A HeD is doped with an alkali atom (green sphere) and a molecule (black sphere) initially separated by a distance r. (a2) A laser pulse ionizes the alkali atom triggering the start of the reaction (a3) the two species meet and stabilize by evaporation of helium atoms (a4) After a delay Δt, a second laser pulse ionizes the formed complex inducing a Coulomb explosion. (d1) List of substitution patterns on the benzene ring considered for the project. X and Y refer to substituents of the hydrogen atoms that will modify the dipole moment and the polarizability of the system according to their nature and relative position. (d2) Relevant alkali atoms for the project with their electronic configuration
Molecular Formation Pictures: Time-resolved photoionization studies of atoms and molecules embedded in superfluid helium nanodroplets.
Ultrashort laser pulses have revolutionized our ability to track molecular rearrangements in real time with femtosecond resolution (1 fs = 10-15s), opening new frontiers in understanding chemical reaction dynamics. Generating and controlling these processes, on such rapid timescales, open up exciting opportunities for innovative applications in both chemistry and in biology, which could significantly impact society.
In this context, this project directly addresses the problematic of observing chemical bond formation in real time. This experimental internship at ISMO (Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay) aims to tackle it by combining an ultracold (0.37K) superfluid solvent, hereby named Helium droplets1 (HeDs), and ultrashort laser pulses in the femtosecond range with tunable excitation radiation (240-800nm).
We will rely on time-resolved photoionization spectroscopy2, a technique based on the ionization of the species by the laser pulses and on the detection of the electrons and ions as molecular probes. The electron carries information about the initial electronic state of the ionized species, while the ion reveals the final state after relaxation processes such as fragmentation or isomerization.
In particular, we will use a pump-probe scheme (Fig. 1) to follow in real time the diving of an alkali ion (Fig. 1 d2) inside the HeD3 and its reaction with benzene-like molecules. This class of molecules allows to play with electrostatic properties (Fig. 1 d1), such as the dipole and quadrupole, by changing the group attached to it. We will investigate the evolution of the bond formation dynamics and the structure of the formed ionic complex according to the nature and the position of the group. We will compare the experimental results with high-level ab-initio theory and aim at developing phenomenological models to unravel the role of the solvent in the reaction.
Application Requirements
We seek candidates at the Master’s level in physics, chemistry, or related fields with a strong interest in experimental physics and instrumentation. Programming experience, particularly in Python, is beneficial, along with motivation for fundamental research and technical problem-solving.
Expected Outcomes
You will contribute to high-impact publications in ultrafast science and cold molecules while developing highly sought-after skills for both academic and industrial careers. This position represents a unique opportunity to develop cutting-edge instrumentation while contributing to fundamental advances in chemical reaction dynamics, combining advanced technology development with fundamental science.
[1] J. P. Toennies et A. F. Vilesov, Superfluid Helium Droplets: A Uniquely Cold Nanomatrix for Molecules and Molecular Complexes Angew. Chem. Int. Ed. 43 (2004), doi: 10.1002/anie.200300611.
[2] M. S. Schuurman et V. Blanchet, Time-resolved photoelectron spectroscopy: the continuing evolution of a mature technique Phys. Chem. Chem. Phys. 24 (2022), doi: 10.1039/D1CP05885A.
[3] S. H. Albrechtsen, C. A. Schouder, A. Viñas Muñoz, J. K. Christensen, C. Engelbrecht Petersen, M. Pi, M. Barranco, et H. Stapelfeldt, Observing the primary steps of ion solvation in helium droplets Nature 623 (2023), doi: 10.1038/s41586-023-06593-5.
For more information please contact:
Constant Schouder
email: constant.schouder@universite-paris-saclay.fr
tel: 01 69 15 75 51
The Physics Graduate School of Université Paris-Saclay has been awarded funding by the European Union under the Marie Skłodowska Curie COFUND action, call 2024.
Subject to the signature of the grant agreement, UPSaclay STAR φ will allow the recruitment of up to 41 international postdoctoral researchers over two calls, for 24-month research projects in a wide range of research areas in Physics.
The 2025 call is closed, but stay tuned for the 2026 call !
Eligibility
On the closing date for applications, applicants must meet the following conditions
- Have been awarded a doctoral degree, or have evidence of having successfully defended their doctoral thesis without having been formally awarded the degree yet.
- Have published their research in an international peer-reviewed journal.
- Applicants must not have resided or carried out their main activity in France for more than 12 months during the 3 years preceding the deadline for applications.
The specific situation of applicants who may have experienced career interruptions due to parental leave or prolonged illness will be taken into account in the evaluation of the project.
Applicants are expected to propose a post-doctoral research project with freedom of choice in its specifics, as long as it is in line with one or more of the main research areas of the programme.
More information : https://www.cofund-physics.universite-paris-saclay.fr/
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Dynamiques de relaxation ultrarapides des azaborines observées par spectroscopie de photo-ionisation femtoseconde
Dans les molécules aromatiques, le remplacement de deux atomes de carbone par un atome de bore et un atome d’azote conduit à une molécule avec un nombre identique d’électrons et une structure similaire (on parle d’isostères CC/BN). En revanche, les propriétés optiques et
électroniques se trouvent fortement modifiées [1] par l’apparition d’un moment dipolaire non nul, ce qui rend ce type de composés très intéressants pour les applications dans les matériaux semiconducteurs organiques. Il a par exemple été suggéré que les isostères BN des hydrocarbures polycycliques aromatiques pourraient faciliter la fission de singulet, un processus supposé augmenter l’efficacité des cellules photovoltaïques.
La spectroscopie et la photophysique des hydrocarbures aromatiques est étudiée depuis de nombreuses années, mais très peu de littérature existe sur leurs isostères BN dont la synthèse n’a été développée que récemment [2]. Dans ce stage, nous proposons d’étudier la photochimie, la photophysique et la dynamique de photodissociation d’isostères BN
d’hydrocarbures aromatiques, tels que la di-tert-butyl-1,4-azaborine (Figure 1), en phase gazeuse. Les échantillons d’azaborine, synthétisés par des collaborateurs de l’université de Würzburg (Allemagne), seront vaporisés par chauffage et photoexcités par une impulsion laser femtoseconde dans l’UV. La di-tert-butyl-1,4-azaborine présente une large bande d’absorption autour de 260 nm que des calculs de chimie quantique attribuent à une transition S0 -> S2. La dynamique de relaxation de cet état sera sondée par spectroscopie de photo-ionisation résolue en temps utilisant la technique pompe-sonde [3]. L’impulsion laser de sonde sera à 400 nm, à 800 nm ou bien 62 nm (20 eV) produite par génération d’harmoniques d’ordre élevé. La spectroscopie de photo-ionisation est une méthode idéale pour sonder les dynamiques de relaxation ultra-rapides d’états excités, car l’ionisation d’états transitoires ou finaux d’énergies différentes produit des photoélectrons d’énergies cinétiques distinctes. De plus, aucune transition n’est interdite par des règles de sélection. Ainsi, la dynamique de relaxation complète de l’azaborine après excitation dans l’UV pourra être observée pour la première fois, aux échelles de temps femtoseconde et picoseconde.
Cette étude se situe dans le cadre plus large d’un projet collaboratif Franco-Allemand (ANR-DFG) visant à élucider les dynamiques photo-induites dans les petites molécules aromatiques grâce à la spectroscopie de photo-ionisation. Le stage pourra être suivi d’une thèse en cotutelle avec l’Université de Würzburg (financement acquis).
[1] F. Sturm et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 26, 7363-7370 (2024).
[2] H. Braunschweig et al., Angew. Chem. Int. Ed. 51, 10034 –10037 (2012).
[3] J.-M. Mestdagh, L. Barreau, L. Poisson, Phys. Chem. Chem. Phys. 26, 11516-11530 (2024)
