Dynamique moléculaire en temps réel
Une nouvelle méthode spectroscopique permet d'observer les processus ultrarapides au sein des molécules
Une équipe de recherche européenne a mis au point une nouvelle méthode spectroscopique qui peut être utilisée pour observer les processus dynamiques ultrarapides des électrons et des vibrations au sein des molécules, avec une résolution atomique et en temps réel. Une équipe de l'université d'Iéna a soutenu l'équipe expérimentale de Barcelone dans la description théorique des processus. Les chercheurs démontrent leur "spectroscopie attoseconde au niveau du noyau" à l'aide de l'exemple de la molécule de furane et présentent leur méthode dans la revue "Nature Photonics".
Les réactions chimiques sont des mécanismes complexes. Elles impliquent divers processus dynamiques d'électrons et de noyaux atomiques, qui s'influencent mutuellement. Très souvent, les dynamiques électroniques et nucléaires fortement couplées conduisent à des processus de relaxation ultrarapides sans rayonnement, connus sous le nom d'intersections coniques. Jusqu'à présent, ces processus, qui sont d'une grande importance chimique et biologique, ont été très difficiles à détecter expérimentalement. En effet, les mouvements des électrons et des noyaux atomiques sont difficiles à distinguer les uns des autres et se produisent sur des échelles de temps ultrarapides, de l'ordre de l'attoseconde - un milliardième de milliardième de seconde.
Dans une publication récente parue dans "Nature Photonics", l'équipe de recherche expérimentale de l'Institut des sciences photoniques (ICFO) de Barcelone et l'équipe théorique dirigée par Karl Michael Ziems et Stefanie Gräfe de l'université Friedrich Schiller d'Iéna ont présenté un outil puissant capable de capturer cette dynamique moléculaire en temps réel. Les chercheurs ont testé leur méthode sur la dynamique de la molécule de furane en phase gazeuse. Le furane est une molécule organique composée de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, dont les atomes sont disposés selon une géométrie pentagonale plane - un "anneau chimique". Le furane est un exemple prototypique de composés à cycle chimique que l'on retrouve dans de nombreux produits de la vie courante tels que les carburants, les produits pharmaceutiques et les produits agrochimiques.
Comment un anneau chimique s'ouvre et se referme
L'équipe a réussi à résoudre dans le temps les détails de la dynamique d'ouverture du cycle du furane, c'est-à-dire la fission de la liaison entre un atome de carbone et un atome d'oxygène, qui rompt la structure du cycle. Pour ce faire, la molécule de furane a d'abord été excitée par un faisceau laser (l'impulsion de pompe). Avec une impulsion attoseconde plus faible (la sonde), les chercheurs ont pu observer les changements dans la molécule déclenchés par la pompe.
Après la photoexcitation initiale, les régions de couplage attendues entre différents états (intersections coniques) ont pu être localisées dans le temps en analysant les changements dans le spectre d'absorption en fonction du délai entre la pompe et la sonde. L'apparition et la disparition des caractéristiques d'absorption fournissent des signatures des changements de l'état électronique du furane.
Les chercheurs ont ainsi pu montrer pour la première fois qu'une superposition quantique est générée entre différents états électroniques - un paquet d'ondes électroniques - qui se manifeste sous la forme de ce que l'on appelle des battements quantiques. Le dispositif expérimental a également permis de démontrer l'ouverture réelle de l'anneau par le biais d'états sombres. La transition de la molécule d'une géométrie fermée à une géométrie ouverte se traduit par un changement du spectre d'absorption. Enfin, la molécule est retournée à son état fondamental électronique, dont la transition a également été résolue avec précision dans le temps.
Un nouvel outil pour analyser les processus rapides dans les molécules
L'équipe d'auteurs souligne que la spectroscopie à niveau de cœur attoseconde ne se limite pas à l'étude de cette molécule particulière, mais qu'elle peut servir d'outil pour un large éventail d'applications. Par exemple, elle pourrait être utilisée pour analyser des dynamiques complexes telles que celles qui se produisent dans l'interaction entre le rayonnement ultraviolet et l'ADN. Les chercheurs considèrent également la manipulation des processus de réaction chimique comme l'une des applications les plus prometteuses de leurs travaux.
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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