Samuel BeaulieuPhysique de la matière condensée et spectroscopie ultrarapide
Samuel Beaulieu a obtenu son B.Sc. (Bachelor of Science) en chimie à l’Université de Sherbrooke (Canada) en 2012. Lors de sa maîtrise en physique à l’INRS-EMT (Canada), il a étudié les dynamiques ultrarapides induites par des impulsions femtosecondes dans de petites molécules en phase gazeuse. Par la suite, en tant que boursier Vanier (CRSNG), il a effectué une thèse de physique en cotutelle entre l’INRS-EMT et l’Université de Bordeaux, lors de laquelle il a étudié, entres autres, la dynamique attoseconde de photoionization des molécules chirales. Par la suite, Samuel Beaulieu s’est intéressé aux dynamiques électroniques ultrarapides ainsi qu’à la compréhension approfondie de l’effet photoélectrique dans les matériaux quantiques bidimensionnels, lors d’un stage postdoctorale à l’Institut Fritz-Haber de la Société Max-Planck, à Berlin (Allemagne). Depuis 2021, il est chargé de recherche CNRS (section 04) au Centre lasers intenses et applications (CELIA, CNRS/CEA/Univ. de Bordeaux) à Bordeaux (France), où il développe une activité de recherche structurée autour de la spectroscopie de photoémission résolue en temps, en angle et en polarisation, dans les matériaux topologiques.
Ultrafast topological engineering of quantum materials (UTOPIQ)
L’organisation des électrons aux seins de la matière joue un rôle fondamental dans l’émergence de leurs propriétés macroscopiques. Dans certains types de matériaux dits « quantiques », les effets étranges de la physique quantique jouent un rôle prédominant dans l’apparition de comportements exotiques de la matière tels que la supraconductivité, par exemple. Parmi la grande famille des matériaux quantiques, les matériaux topologiques, tirent leurs propriétés étonnantes d’une géométrie particulière des électrons au sein de la matière. Malgré le fait que ces matériaux ont des propriétés très intéressantes pour plusieurs applications, comme par exemple l’informatique quantique, contrôler et sonder la topologie des électrons au sein de la matière restent des défis majeurs de la physique contemporaine.
Le projet UTOPIQ vise donc à s’attaquer à ces deux défis fondamentaux. Tout d’abord, des nouvelles techniques permettant la mesure de la topologie des électrons dans les matériaux quantiques seront développées. Ces nouvelles méthodes seront structurées autour de l’étude approfondie de l’effet photoélectrique, expliqué par Einstein il y a plus d’un siècle, qui consiste à arracher des électrons à la matière avec de lumière. En plus de mesurer l’énergie et l’angle d’éjection des électrons, grandeurs typiquement mesurées lors d’expériences de photoémission, l’effet de la rotation de la polarisation de la lumière lors de l’effet photoélectrique sera étudié. Ces mesures promettent de révéler des informations inédites sur la topologie des électrons au sein des solides.
Par la suite, de nouveaux mécanismes permettant de contrôler la topologie des électrons au sein de la matière, à l’aide d’impulsions lumineuses ultra-brèves, seront développés et étudiés en détails. Alors que la topologie est typiquement contrôlée via des méthodes dites « à l’équilibre », telles que l’application de contraintes mécaniques ou la modification de la composition chimique des matériaux, l’approche du projet sera radicalement différente, en exploitant les états hors-équilibres induites par la photoexcitation de la matière. L’utilisation d’impulsions laser ultrarapides permettra donc d’étudier et de contrôler la topologie des électrons dans les matériaux quantiques sur des échelles de temps femtosecondes (10-15s).
Fonction
Chargé de recherche, Centre lasers intenses et applications (CELIA, CNRS/CEA/Univ. Bordeaux)