Dynamique de l'alignement et de l'orientation moléculaire induite par laser simulations numériques sur HCN en champ infrarouge

Abstract

Nous étudions, par simulation numérique, la dynamique rotationnelle de la molécule triatomique HCN soumise à des impulsions courtes (1,7 ps) et intenses (10¹³ W/cm²) d'un laser infrarouge polarisé linéairement. La molécule est considérée linéaire (l'angle de flexion interne est figé), impliquant deux degrés liberté internes (vibrations C-H et C-N). Elle est repérée dans le laboratoire par l'angle polaire θ que fait son axe avec le vecteur champ électrique du laser (polarisé linéairement) et par l'angle de précession autour de cet axe. Le calcul se fait par propagation d'un paquet d'ondes (décrivant initialement une distribution spatiale isotrope de la molécule dans son état fondamental) à l'aide de la méthode de l'opérateur fractionné et de transformées de Fourier rapides. Nous développons aussi un modèle de la molécule habillée par le champ en utilisant la théorie de Floquet avec une approximation haute fréquence, nous permettant d'avoir une représentation indépendante du temps de notre système. Nous y ajoutons une approximation adiabatique pour pouvoir traiter le cas d'un laser pulsé. Nous pouvons ainsi étudier la dynamique moléculaire de l'alignement induit par le champ. Nous voyons que la molécule s'aligne, c'est-à-dire que l'axe moléculaire devient colinéaire avec l'axe de polarisation du laser, en environ 0,6 ps. Cet alignement est à peu près conservé pendant toute la durée de l'impulsion, surtout lorsque la fréquence du laser est en résonance avec une transition vibrationnelle. De manière générale, cet alignement n'est pas conservé une fois le laser éteint, la molécule étant dans une superposition d'états rotationnels qui évoluent avec des facteurs de phase différents, menant à des déphasages et rephasages périodiques de la distribution angulaire. Par contre, dans certains cas particuliers, la molécule va osciller périodiquement, passant d'un état d'alignement à un état isotrope, sans jamais être complètement désalignée. Nous voyons que, pendant l'interaction avec le champ, la molécule se trouve dans des états pendulaires. Le laser crée un puits de potentiel en sin²θ et les molécules se retrouvent dans des états où leur domaine en angle est restreint; elles oscillent alors à la manière d'un pendule. Nous montrons qu'il est possible de passer adiabatiquement de l'état fondamental de rotation."--Résumé abrégé par UMI