Des physiciens créent des molécules géantes de trilobite
Les résultats sont importants pour comprendre les mécanismes de liaison chimique de ces substances, qui se distinguent de toutes les autres liaisons chimiques
Les physiciens de Kaiserslautern de l'équipe du professeur Herwig Ott ont réussi pour la première fois à observer directement des molécules de Rydberg pures de trilobites. Il est particulièrement intéressant de noter que ces molécules ont une forme très particulière, qui rappelle les fossiles de trilobites. En même temps, elles possèdent le plus grand moment dipolaire électrique de toutes les molécules connues à ce jour. Les chercheurs ont utilisé un appareil spécial, capable de préparer ces molécules fragiles à des températures ultra-basses. Les résultats sont importants pour comprendre les mécanismes de liaison chimique de ces molécules, qui se distinguent de toutes les autres liaisons chimiques. L'étude a été publiée dans la célèbre revue "Nature Communications".
Pour leur expérience, les physiciens ont utilisé un nuage d'atomes de rubidium qui a été refroidi dans un ultravide à environ 100 microkelvins, soit 0,0001 degré au-dessus du zéro absolu. Ils ont ensuite excité certains de ces atomes dans un état dit de Rydberg à l'aide de lasers. "Au cours de ce processus, l'électron le plus externe est placé sur des orbites très éloignées autour du corps atomique", explique le professeur Herwig Ott, qui étudie les gaz quantiques ultrafroids et l'optique atomique quantique à l'université de Kaiserslautern-Landau. "Le rayon orbital de l'électron peut être supérieur à un micromètre, ce qui rend le nuage d'électrons plus grand qu'une petite bactérie". De tels atomes très excités se forment également dans l'espace interstellaire et sont chimiquement extrêmement réactifs.
Si un atome à l'état fondamental se trouve maintenant à l'intérieur de cet atome de Rydberg géant, une molécule se forme. Alors que les liaisons chimiques classiques sont soit covalentes, soit ioniques, soit métalliques, soit dipolaires, les molécules des trilobites sont liées par un mécanisme complètement différent. "C'est la diffusion mécanique quantique de l'électron de Rydberg à partir de l'atome à l'état fondamental qui lie les deux molécules", explique Max Althön, premier auteur de l'étude. Max Althön explique plus en détail : "Imaginez que l'électron tourne rapidement autour du noyau. À chaque aller-retour, il entre en collision avec l'atome à l'état fondamental. Contrairement à notre intuition, la mécanique quantique nous apprend que ces collisions entraînent une attraction effective entre l'électron et l'atome à l'état fondamental."
Les propriétés de ces molécules sont étonnantes : En raison de la nature ondulatoire de l'électron, les multiples collisions produisent une figure d'interférence qui ressemble à un trilobite. De plus, la longueur de la liaison de la molécule est aussi grande que l'orbite de Rydberg - bien plus grande que toute autre molécule diatomique. Et comme l'électron est fortement attiré par l'atome à l'état fondamental, le moment dipolaire électrique permanent est extrêmement important : plus de 1700 Debye.
Afin d'observer ces molécules, les scientifiques ont mis au point un appareil à vide spécifique. Cet appareil permet de préparer des atomes ultrafroids par refroidissement laser et de détecter ensuite les molécules par spectroscopie. Les résultats permettent de comprendre les mécanismes fondamentaux de liaison entre les atomes à l'état fondamental et les atomes de Rydberg, qui sont récemment devenus une plate-forme prometteuse pour les applications de l'informatique quantique. La découverte des chercheurs complète la compréhension des systèmes de Rydberg, qui peuvent être à la fois exotiques et utiles.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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