Une impulsion laser intense et de très courte durée – de l’ordre de la picoseconde (ps), soit un millionième de millionième de seconde! – peut ablater une surface, c’est-à-dire donner lieu à l’éjection de particules de tailles variant du nanomètre au micron. Contrairement aux impulsions de longue durée, ce procédé présente l’avantage de limiter les dommages occasionnés à la cible, ce qui le rend particulièrement intéressant pour des applications dans des domaines aussi divers que la production de masse de nanoparticules, la fabrication de pièces de taille micrométrique, la dentisterie et même la chirurgie.

Les mécanismes fondamentaux causant l’ablation ont fait l’objet de nombreuses études, notamment au Département de physique de l’Université de Montréal. On commence maintenant à voir la lumière au bout du tunnel. Travaillant sur les superordinateurs du Réseau québécois de calcul de haute performance (RQCHP), les chercheurs Patrick Lorazo, étudiant au doctorat (École Polytechnique), et ses codirecteurs, les professeurs Michel Meunier (École Polytechnique) et Laurent J. Lewis (Université de Montréal), ont mis au point un modèle unique qui simule l’absorption d’impulsions ultrabrèves par une cible de silicium; ce modèle traite les atomes et les électrons de manière explicite par une combinaison de méthodes numériques (Monte Carlo et dynamique moléculaire).

Dans un article qui vient de paraître dans la prestigieuse revue Physical Review Letters, les chercheurs ont ainsi pu démontrer que, pour les impulsions les plus courtes (une fraction de picoseconde), le matériau se désintègre par «explosion de phase» suite à l’apparition de petites bulles de gaz. En revanche, pour des impulsions plus longues (quelques dizaines de picosecondes ou plus), la cible est «déchirée» par un phénomène de fragmentation, résultat de l’agglomération des atomes en réaction à la forte dilatation induite par le chauffage de la surface. Ce travail permettra à terme de préciser le rôle de la durée de l’impulsion sur la constitution de la «plume» émanant de la cible; de manière plus fondamentale, il aide à comprendre les propriétés de la matière dans des conditions extrêmes de température et de pression

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Laurent J. Lewis
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