Atomes, ions et molécules dans tous leurs états

L’axe « Atomes, ions et molécules dans tous leurs états » concerne l’ensemble des équipes du laboratoire avec des degrés d’implication plus ou moins importants. Il correspond aux études théoriques et expérimentales menées sur les atomes, les ions ou les molécules à des échelles allant du proton aux peptides, en phase diluée ou condensée et dans des conditions de températures allant du nano- au méga-Kelvin. Les thématiques de recherche, ci-après, en sont une illustration :

• L’étude des ions confinés en piège radiofréquence (ou piège de Paul) en vue de différentes applications comme la spectroscopie très haute résolution pour des applications métrologiques (projet A*MIDEX « Emergence et Innovation » 2014, Metrology applications for a 3 photon resonance, Equipex REFIMEVE, labex First-TF) ou l’étude de la dynamique et de la thermodynamique d’un large échantillon d’ions refroidis et piégés dans des potentiels de géométrie quadrupolaires et multipolaires, pour une meilleure compréhension des horloges atomiques dans le domaine micro-onde.
• L’activité développée autour du rôle du proton et de sa dynamique dans les édifices moléculaires. Le proton joue un rôle primordial dans la structuration des molécules du vivant par les liaisons hydrogène intra et inter moléculaires qu’il crée. Ces liaisons sont caractérisées par des études fines de spectroscopie infrarouge. La dynamique du proton et plus généralement de l’hydrogène, initiatrice d’un grand nombre de réactions est étudiée en phase dense dans les matrices de gaz rare ou pour des molécules isolées dans des trappes à ions.
• L’étude des systèmes fortement couplés créés dans les pièges ou les plasmas. Un des enjeux de l’étude dynamique et thermodynamique des nuages d’ions créés dans les pièges radiofréquences est la compréhension des effets conjugués des interactions coulombiennes et du potentiel de confinement dans l’auto organisation des ions. Les études théoriques et expérimentales menées sur les cristaux coulombiens 2D ou 3D créés dans les plasmas, leurs transitions de phases et leurs structures au niveau de l’atome individuel permettent de caractériser les propriétés structurelles de la matière condensée 2D et 3D.
Nous développons également des études sur les nouveaux matériaux 2D (graphène, silicène, germanène…) du point de vue des propriétés structurales, électroniques et de leur fonctionnalisation.
Par ailleurs, nous étudions les propriétés structurales et dynamiques des milieux ionisés couplés pour une meilleure compréhension des spectres qu’ils émettent.
• Le développement et la modélisation de nouveaux diagnostics spectroscopiques et d’imagerie. Le développement d’un diagnostic original non intrusif (EFILE), en utilisant l’effet Lamb, permet de mesurer localement un champ électrique statique ou fluctuant en utilisant le mélange Stark des états 2s et 2p d’un faisceau d’hydrogène sonde.
Cet axe de recherche a été renforcé récemment avec le recrutement, en septembre 2015, d’Olivier Peyrusse (PR1), spécialiste de physique atomique des éléments lourds, avec pour objectif scientifique, l’étude des propriétés radiatives et d’ionisation du tungstène ainsi que l’étude de la physique de l’interaction des lasers-X à électrons libres (XFEL) avec la matière.