Quand la diffraction X aux temps ultracourts révèle qu'une transition vers une phase métallique est pilotée par une onde élastique
L'excitation par une impulsion laser intense des matériaux conduit à des changements des propriétés électroniques qui sont couramment étudiés pour des temps ultracourts (femtosecondes ou picosecondes) via des méthodes optiques. Dans ce travail, grâce à l'utilisation d'impulsions de rayons X ultracourtes, les physiciennes et physiciens étudient pour la première fois les propriétés structurales associées en mesurant de façon quantitative les déplacements atomiques. Ils montrent que pour des nanocristallites d'oxyde de titane (Ti3O5), la transition du semiconducteur vers le métal se propage suivant un front d’onde élastique, à des temps beaucoup plus courts que les temps de mise à l'équilibre thermique.
L’absorption de photons sous l’impact d’une impulsion laser intense et ultracourte permet d’exciter les électrons d'un solide de façon simultanée et cohérente. La modification de la répartition des électrons entraine une modification des positions des atomes dont les réarrangements entre proches voisins sont beaucoup étudiés. Ces réarrangements peuvent ensuite donner naissance à une autre structure cristallographique. C'est le cas par exemple pour l’oxyde de titane (Ti3O5) nanocristallin qui passe d'un état semiconducteur à un état métallique s'il est chauffé à une température de 460 K mais aussi sous l'effet d'une impulsion laser visible.
En utilisant la diffraction des rayons-X avec la source pulsée du laser femtoseconde du laser à électrons libres SwissFEL, une étude conduite par des chercheuses et chercheurs de l'Institut de physique de Rennes (IPR, CNRS/Univiversité Rennes 1), dans le cadre du laboratoire de recherche international franco-japonais LIA IM-LED, a révélé la dynamique de cette transformation à l'échelle de quelques picosecondes. Grâce à une analyse quantitative des images de diffraction X, ils montrent que, juste après l'excitation laser, les modifications des positions atomiques conduisent à une dilatation, la structure atomique métallique remplaçant celle semiconductrice, et que cette dilatation se propage dans les nanocristallites à la vitesse du son sous la forme d'une onde de déformation élastique partant de la surface excitée de l’échantillon, et sur des temps de quelques picosecondes.