Une technique appelée spectroscopie de photoémission résolue en temps et en angle (TR-ARPES) est apparue comme un outil puissant, permettant aux chercheurs d'explorer l'équilibre et les propriétés dynamiques des matériaux quantiques via l'interaction lumière-matière.

Publié dans la revue Physical Review, Revoirs de physique moderneun article de synthèse récent rédigé par le professeur Fabio Boschini de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), en collaboration avec ses collègues Marta Zonno de Canadian Light Source (CLS) et Andrea Damascelli de Stewar de l'UBC.t Le Blusson Quantum Matter Institute (Blusson QMI) illustre que le TR-ARPES est rapidement devenu une technique puissante au cours des deux dernières décennies.

« TR-ARPES est une technique efficace non seulement pour les études fondamentales, mais aussi pour caractériser les propriétés hors équilibre des matériaux quantiques en vue d'applications futures », explique le professeur Boschini, spécialisé dans les spectroscopies ultrarapides de la matière condensée, au Centre de recherche Énergie Matériaux Télécommunications. Centre.

Un outil révolutionnaire pour la recherche sur les matériaux quantiques

Le nouvel article fournit un examen complet de la recherche utilisant TR-ARPES et de son importance évolutive dans l’exploration de la dynamique électronique induite par la lumière et des transitions de phase dans un large éventail de matériaux quantiques.

« La communauté scientifique étudie actuellement de nouveaux « boutons de réglage » permettant de contrôler à la demande les propriétés électroniques, de transport et magnétiques des matériaux quantiques. L'un de ces « boutons de réglage » est l'interaction lumière-matière, qui promet de permettre un contrôle précis des propriétés. de matériaux quantiques à des échelles de temps ultrarapides», explique le professeur Boschini, également chercheur affilié à QMI. « TR-ARPES est la technique idéale à cet effet, car elle fournit un aperçu direct de la manière dont l'excitation lumineuse modifie les états électroniques en fonction du temps, de l'énergie et de la résolution en termes de moment. »

« TR-ARPES a inauguré une nouvelle ère de recherche sur les matériaux quantiques, nous permettant de « frapper sur le système » et d'observer comment il réagit, et de pousser les matériaux hors de l'équilibre pour découvrir leurs propriétés cachées », ajoute Andrea, directrice scientifique de Blusson QMI. Damascelli.

La collaboration au cœur du succès de TR ARPES

TR-ARPES combine la spectroscopie de matière condensée (ARPES) avec des lasers ultrarapides (photonique), réunissant des groupes de recherche des deux domaines. Cette technique doit une grande partie de son succès aux progrès significatifs réalisés dans le développement de nouvelles sources laser capables de produire une lumière aux caractéristiques précises.

Boschini travaille en étroite collaboration sur le sujet avec le professeur François Légaré, professeur titulaire à l'INRS et expert en science et technologie du laser ultrarapide. Ensemble, les groupes Boschini et Légaré ont construit et exploitent une station terminale TR-ARPES de pointe dotée de capacités uniques d'excitation intense à grande longueur d'onde au laboratoire Advanced Laser Light Source (ALLS).

« Grâce au soutien de la Fondation canadienne pour l'innovation (FCI), des gouvernements du Québec (MEIE) et du Canada et de LaserNetUS, ainsi qu'au récent programme Initiatives scientifiques majeures de la FCI, nous sommes maintenant dans une position privilégiée pour ouvrir le TR. -station terminale ARPES de l'ALLS aux utilisateurs nationaux et internationaux », déclare le professeur Légaré, directeur du Centre de recherche Énergie Matériaux Télécommunications de l'INRS et responsable scientifique de l'ALLS.

Selon le professeur Boschini, le TR-ARPES est désormais une technique mature avec un impact prouvé sur diverses branches de la physique et de la chimie. « D'autres développements expérimentaux et théoriques, similaires à ce que nous faisons à ALLS, suggèrent que des temps encore plus excitants nous attendent », conclut-il.