Au CEA de Saclay, la plateforme PANORAMIX est désormais opérationnelle pour suivre la réaction des électrons dans les matériaux quantiques après une impulsion lumineuse. Elle mesure à la fois leur énergie, leur mouvement et leur spin, une combinaison expérimentale suffisamment délicate pour que la collecte des données puisse devenir le principal obstacle à la recherche.
Le principe repose sur deux éclairs laser. Le premier excite le matériau, le second en arrache des électrons afin de mesurer leur état. En faisant varier le délai entre les deux impulsions, les chercheurs reconstituent une évolution qui se joue en quelques centaines de femtosecondes. Ajouter le spin à cette photographie animée complique fortement l’expérience, car les détecteurs de spin ne comptent qu’une faible part des électrons reçus.
Pour obtenir un signal exploitable, il faut donc répéter la mesure un grand nombre de fois. Envoyer beaucoup d’électrons en une seule impulsion ne résout pas le problème : leurs répulsions mutuelles risquent de déformer le résultat. PANORAMIX augmente plutôt la fréquence de répétition tout en limitant le nombre d’électrons par impulsion. Elle est réglable de 1 à 200 kilohertz, contre 10 kilohertz pour l’ancienne ligne FAB10. Une source ultraviolette plus efficace et un système de stabilisation active du faisceau doivent aussi permettre de tenir pendant les longues acquisitions. Le CEA annonce une forte réduction des temps de mesure, sans la chiffrer en heures ou en jours.
La configuration précédente avait déjà montré l’intérêt de cette approche. Une expérience menée avec CY Cergy Paris Université sur du diséléniure de tungstène, un matériau composé de couches très fines, avait permis de suivre la polarisation de spin d’excitons après une excitation lumineuse. Ces associations temporaires entre un électron et la place qu’il laisse derrière lui permettent d’étudier comment une information liée au spin se transporte ou se conserve dans des matériaux en couches minces. Les résultats ont été publiés en 2023 dans Physical Review Letters.
PANORAMIX transforme désormais ce montage en station permanente. Sa résolution temporelle actuelle est d’environ 350 femtosecondes, ce qui signifie qu’elle peut distinguer des étapes séparées par un intervalle de cet ordre. Le CEA vise à terme une résolution temporelle de 30 femtosecondes. Une première expérience a été réalisée en octobre 2025 et des utilisateurs extérieurs ont été accueillis en mai 2026.
L’accès national passe par le réseau LUMA, tandis que Lasers4EU ouvre les installations du LIDYL aux projets internationaux. À Saclay, ces mesures exigeantes ne sont désormais plus réservées à l’équipe qui a construit l’instrument : des chercheurs extérieurs peuvent à leur tour utiliser PANORAMIX.