Plus net que jamais : Les physiciens rendent les vibrations moléculaires plus détectables
La nouvelle méthode permettra de mieux comprendre les interactions dans les systèmes moléculaires et de perfectionner les méthodes de simulation.
Dans les molécules, les atomes vibrent selon des modèles et des fréquences caractéristiques. Les vibrations constituent donc un outil important pour l'étude des molécules et des processus moléculaires tels que les réactions chimiques. Bien que les microscopes à effet tunnel puissent être utilisés pour visualiser des molécules individuelles, leurs vibrations étaient jusqu'à présent difficiles à détecter. Des physiciens de l'université de Kiel (CAU) ont maintenant inventé une méthode permettant d'amplifier les signaux de vibration jusqu'à un facteur 50. En outre, ils ont augmenté de loin la résolution en fréquence. La nouvelle méthode permettra de mieux comprendre les interactions dans les systèmes moléculaires et de perfectionner les méthodes de simulation. L'équipe de recherche vient de publier ses résultats dans la revue Physical Review Letters.
Sur cette image de microscope, les molécules de phtalocyanine de plomb sur une surface de plomb supraconducteur apparaissent comme des trèfles à quatre feuilles. Les vibrations de ces molécules ont été étudiées avec la nouvelle méthode.
© Jan Homberg
La découverte de Jan Homberg, Alexander Weismann et Richard Berndt, de l'Institut de physique expérimentale et appliquée, repose sur un effet mécanique quantique particulier, appelé effet tunnel inélastique. Les électrons qui traversent une molécule lors de leur passage d'une pointe métallique à la surface du substrat dans le microscope à effet tunnel peuvent libérer de l'énergie à la molécule ou en prendre. Cet échange d'énergie se produit dans des portions déterminées par les propriétés de la molécule concernée.
Normalement, ce transfert d'énergie ne se produit que rarement et est donc difficile à mesurer. Afin d'amplifier le signal de mesure et d'obtenir simultanément une haute résolution en fréquence, l'équipe du CAU a utilisé une propriété particulière des molécules sur les supraconducteurs qu'elle avait précédemment découverte : convenablement disposées, les molécules présentent dans le spectre un état en forme d'aiguille, très élevé et extrêmement net -- la résonance dite de Yu-Shiba-Rusinov. Les expériences ont été soutenues par les travaux théoriques de Troels Markussen, de la société de logiciels Synopsis à Copenhague.
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