Source d’Ions et d’Electrons CorréléS
Source déterministe ion par ion
La production déterministe d’ions individuels ainsi que le contrôle de leur trajectoire ion par ion ont été récemment réalisés pour la première fois au LAC [Lop19, HiPhy]. En utilisant la corrélation entre l’ion et l’électron, issus de la photoionisation d’atomes de césium [Hah21], notre équipe a développé un système de rétroaction rapide pour contrôler en temps réel la trajectoire des ions (Figure #TC1). A partir de la position de l’électron, on peut prédire la position d’arrivée de l’ion corrélé et agir en temps réel sur sa trajectoire afin de l’envoyer à n’importe quel endroit souhaité sur la cible (Figure #TC2). Ceci permet à la fois de créer une source déterministe d’ion unique – en ne laissant passer l’ion que s’il satisfait des critères définis par l’expérimentateur – et de contrôler sa trajectoire pour qu’il arrive à l’endroit choisi sur la cible, ce qui n’avait jamais été fait auparavant. Ce dispositif permet donc de surpasser les limites de l’optique ionique classique en ajoutant, à la focalisation de la source d’ions, la correction des trajectoires individuelles de chaque ion.
Figure #TC2 : Images brutes des ions sur le détecteur avec correction 2D (a), avec une correction complexe (b), avec masque virtuel (c). Voir [Lop19] pour plus de détails.
Imagerie Fantôme
Grâce à la corrélation entre les paires électron/ion de cette source déterministe, notre équipe a de plus réalisé des expériences d’imagerie fantôme (ghost imaging) avec des ions et des électrons [Tri20]. Cette imagerie fantôme permet d’observer ce qui se trouve sur le trajet du spot d’ions en exploitant l’image obtenue avec les électrons corrélés. La démonstration a été faite au LAC qu’il est possible, en utilisant l’imagerie du détecteur des électrons, de révéler des détails de structures inaccessibles à la résolution en position du détecteur des ions. La figure #GI montre qu’en exploitant la corrélation électron/ion on révèle, via les électrons, l’image fantôme (c’est à dire l’image en ne gardant que les électrons corrélés au signal des ions) des structures d’un masque à transmission vu par les ions alors même que ses structures (de l’ordre du mm) sont bien plus petites que le spot des ions (~ 20 mm). Cette technique, couplée à un dispositif d’imagerie par faisceau d’ion, permettra d’améliorer la résolution en exploitant le surplus d’information apportée par la corrélation avec les électrons coïncidents.
Figure #GI : Schéma du dispositif expérimental dans la configuration d’imagerie fantôme (Ghost Imaging) démontrée au LAC [Tri20]. a) : Image vue par le détecteur pour tous les électrons. b) : Image pour les électrons qui sont détectés en coïncidence avec leur ion corrélé, ce qui signifie que ces électrons sont conservés uniquement lorsqu’ils sont en coïncidence avec un ion arrivé sur le détecteur d’ions (qui n’a pas aucune capacité d’imagerie). En raison de la correspondance entre les positions des électrons et des ions, la capacité d’imagerie du détecteur d’électrons révèle le motif vu par les ions. c) Image du masque placé sur la trajectoire des ions.
Références :
[Lop19]
Real-time trajectory control of deterministically produced ions
C. Lopez, A. Trimeche, D. Comparat and Y.J. Picard
Phys. Rev. Applied 11 064049 (2019)
[hal-02498878] [arXiv:2003.02186]
[Tri20]
Ion and electron ghost imaging
A. Trimeche, C. Lopez, D. Comparat and Y. J. Picard
Phys. Rev. Research 2, 043295 (2020)
arXiv:1812.09039v2 (2019)
[HiPhy]
HighLight in Physics, How to Guide Each Ion in a Beam: A new ion beam system provides individualized control over every ion’s trajectory as it moves toward a target.
https://physics.aps.org/articles/v12/70
[Hah21]
Cesium Rydberg-state ionization study by three-dimensional ion-electron correlation: Toward a monochromatic electron source
R. Hahn, A. Trimeche, C. Lopez, D. Comparat and Y.J. Picard
Phys. Rev. A 103, 042821 (2021)
[hal-03017763]