3.4 Excitation des bases pyrimidiques uracile, thymine et cytosine en
3.4.3 Résultats : thymine
3.4.3.2 Spectroscopie de photoélectrons : résultats
Spectre de photoélectrons en fonction de l’intensité laser : Intéressons nous maintenant au spectre de photoélectrons de la thymine. Le protocole d’étude est rigoureusement le même que pour l’étude de l’uracile.
HOMO HOMO-1 HOMO-2 HOMO-3 0.11 eV 0.71 eV 0.4 eV 1.51 eV
Table 3.4 – Energies cinétiques attendues pour les contributions provenant des
orbitales HOMO à HOMO-3 sans décalage pondéromoteur dans le cas de la Thymine (à partir des énergies d’ionisation expérimentales)
La figure 3.22 présente les images obtenues des distributions de vitesses des photoélectrons provenant de la thymine.
En comparant la figure 3.13 et la figure 3.22, on voit que ces résultats se dis-tinguent clairement de ceux obtenus sur l’échantillon d’uracile. On observe deux larges anneaux au seuil clairement démarqués l’un de l’autre et visibles sur toutes les images.
Deux autres motifs apparaissent en fonction de l’intensité : à mesure que l’on augmente la puissance du laser, le signal au centre des images diminue relativement au reste du signal mais une sous-structure se dessine et s’amplifie. C’est particulièrement le cas pour un pic situé sur l’anneau large extérieur du signal au seuil.
Ces observations sont validées par l’étude des spectres d’énergie cinétique des photoélectrons (figures 3.23 et 3.24). Les deux anneaux identifiés sur les images apparaissent distinctement au seuil ainsi qu’au premier ordre ATI. Le deuxième ordre ATI est plus difficile à visualiser mais on peut encore distinguer la coupure entre les deux anneaux principaux. On voit aussi l’effet du potentiel pondéromoteur sur la position de l’anneau extérieur au seuil ainsi qu’au premier ordre ATI. Cette dérive en fonction de l’intensité laser explique aussi la variation du signal au centre des images ou à très basse énergie sur les spectres. En effet, pour l’intensité la plus faible, le premier anneau ATI tends vers une énergie cinétique équivalente à
3.4. Excitation des bases pyrimidiques uracile, thymine et cytosine en
champ fort infrarouge 127
Figure 3.22 – Images de la distribution de vitesse des photoélectrons de la thymine
à Δτ=25 fs et en fonction de l’intensité laser : a) IIR = 1.25 × 1013W/cm2 , b) IIR = 1.1 × 1013W/cm2, c) IIR = 1.0 × 1013W/cm2, d) IIR = 8.8 × 1012W/cm2 (violet), e) IIR = 7.5 × 1012W/cm2 et f ) IIR = 6.3 × 1012W/cm2 . Chaque image brute est accompagnée de sa distribution inversée
l’énergie d’un photon infrarouge ce qui a pour effet de voir apparaître un signal d’électrons à très faible énergie cinétique. L’anneau au seuil d’ionisation devient le premier ordre des anneaux ATI.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 10−3
10−2
10−1
100
Energie cinetique (eV)
Signal
normalise
Figure 3.23 – Spectres de photoélectrons de la thymine intégrés angulairement à Δτ=25 fs pour les intensités IIR = 1.25×1013W/cm2(noir) ,IIR = 1.1×1013W/cm2 (bleu), IIR = 1.0 × 1013W/cm2 (rouge), IIR = 8.8 × 1012W/cm2 (violet), IIR = 7.5 × 1012W/cm2 (gris)IIR = 6.3 × 1012W/cm2 (turquoise)
Le décalage d’énergie de l’anneau extérieur au seuil d’ionisation s’élève à 0.34 eV entre les intensités laser maximum et minimum utilisées. En comparaison, le décalage pondéromoteur attendu pour cette différence de puissance laser àΔτ=25fs vaut 0.30 eV. Le centre du pic D’ sur la courbe turquoise peut être estimé à partir de la figure à 1.30 eV et il suffit pour s’en convaincre de reporter la position théorique des ordres ATI supérieurs : ceux ci correspondent avec les maxima observés à l’ordre 1 et 2 sur la figure 3.23. A l’aide de l’énergie d’ionisation de la thymine (9.19 eV) nous pouvons estimer le décalage pondéromoteur de ce signal. Celui-ci vaut 0.36 eV soit 0,06 eV de moins que le décalage estimé à partir de l’intensité. L’erreur sur l’intensité est donc de1 × 1012W/cm2 par rapport à la calibration effectuée à l’aide du xénon. L’énergie d’ionisation utilisée correspondant à l’ionisation de l’électron le moins lié de la molécule selon le théorème de Koopmans et la relative concordance du potentiel pondéromoteur déduit, nous incite à associer le signal de l’anneau principal à la transition multiphotonique de l’orbitale HOMO vers le continuum.
L’analyse plus détaillée de la structure au seuil met en évidence des pics non décalés en fonction de l’intensité : C’=0.92 et B’=0.6 eV et un troisième pic peut être identifié à 0.32 eV (A’) mais il apparaît moins nettement que les deux autres
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Figure 3.24 – Spectres de photoélectrons au seuil d’ionisation de la thymine intégrés
angulairement àΔτ=25 fs pour les intensités IIR = 1.25×1013W/cm2 (noir) ,IIR = 1.1 × 1013W/cm2 (bleu), IIR = 1.0 × 1013W/cm2 (rouge), IIR = 8.8 × 1012W/cm2 (violet), IIR = 7.5 × 1012W/cm2 (gris)IIR = 6.3 × 1012W/cm2 (turquoise). La flèche noire inclinée à la droite des spectres indique le décalage pondéromoteur du pic D’.
et est en partie camouflé à basse intensité par l’avancée de D’ à l’ordre 0 dûe à la diminution du décalage pondéromoteur. Il est remarquable de constater que ces 3 pics (A’,B’ et C’) correspondent en énergie aux pics identifiés dans la structure du spectre de photoélectrons de l’uracile. On peut donc supposer l’existence d’états très excités de la thymine semblables à ceux de l’uracile.
Spectre de photoélectrons en fonction de la durée d’impulsion : En mo-difiant la durée d’impulsion, l’évolution du signal semble plus complexe que dans le cas de l’uracile. On a une perte de contraste des pics ATI entre 26 et 70 fs.
Les spectres de photoélectrons pour une impulsion étirée montrent une struc-ture au seuil proche de la strucstruc-ture observée lorsque l’impulsion est compressée au maximum. On note la présence des pics secondaires B’ et C’. Ces pics sont difficilement identifiables aux ordres d’ATI supérieurs. Pour ce qui est du signal identifié précédemment comme provenant de l’ionisation multiphotonique d’un électron de l’orbitale HOMO, sa largeur augmente avec l’augmentation de la durée d’impulsion et la structure ATI devient moins identifiable.
Figure 3.25 – Images de la distribution de vitesse de photoélectrons de la thymine
en fonction de la durée d’impulsion : de gauche à droite, Δτ=25 fs, Δτ=40 fs et Δτ=70 fs à l’intensité IIR = 7.5×1012W/cm2. Les images brutes sont accompagnées des distributions inversées en bas.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 10−1 100 Energie cinétique Signal normalisé
Figure 3.26 – Spectres de photoélectrons de la thymine intégrés angulairement pour
les durées d’impulsion Δτ=25 fs (bleu), Δτ=40 fs (noir) et Δτ=70 fs (rouge) à
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