Imagerie avec des flashs de rayons X courts de l'ordre de l'attoseconde
Cette avancée ouvre la voie à la visualisation des processus ultrarapides, tels que les réactions chimiques, avec une précision temporelle sans précédent
Une équipe de chercheurs de l'université de Hambourg et des collaborateurs ont réalisé une percée en capturant des images de nanoparticules individuelles à l'aide d'impulsions attosecondes de rayons X uniques. Cette avancée, publiée dans Nature Communications, ouvre la voie à des instantanés à haute résolution de phénomènes dynamiques tels que les réactions chimiques et les transitions de phase, avec une précision temporelle sans précédent.
La science de l'attoseconde, récompensée par le prix Nobel de physique 2023, transforme notre compréhension de la manière dont les électrons se déplacent dans les atomes, les molécules et les solides. L'attoseconde, qui équivaut à un milliardième de milliardième de seconde, permet de visualiser au "ralenti" des processus naturels se déroulant à des vitesses extraordinaires. Cependant, jusqu'à présent, la plupart des expériences sur l'attoseconde ont été limitées à des mesures spectroscopiques en raison des contraintes liées aux sources d'impulsions lumineuses attosecondes.
En utilisant le puissant laser à électrons libres à rayons X (FEL) du laboratoire national SLAC en Californie, l'équipe de Hambourg a étudié la manière dont les impulsions ultra-courtes interagissent avec les nanoparticules. Ils ont découvert un phénomène jusqu'alors inexploré : des résonances ioniques transitoires qui améliorent la luminosité des images. Ces résonances fugaces, qui se produisent lorsque les impulsions du FEL sont plus courtes que celles utilisées dans la plupart des expériences, amplifient considérablement l'efficacité de la diffusion des rayons X. Cette découverte permet non seulement d'améliorer la qualité et l'efficacité de la diffusion des rayons X, mais aussi de réduire les coûts. Cette découverte permet non seulement d'améliorer la qualité et le détail des images de diffraction, mais elle marque également une étape cruciale vers l'imagerie à l'échelle atomique.
"Nous avons d'abord été déconcertés par l'intensité inattendue des signaux de diffraction des rayons X lors de nos expériences à la source de lumière cohérente Linac (LCLS)", explique Tais Gorkhover, l'un des principaux auteurs de l'étude, de l'université de Hambourg et chercheur au sein du pôle d'excellence CUI : Imagerie avancée de la matière. "Après des contrôles de qualité rigoureux et une vérification indépendante des simulations, nous avons confirmé l'effet. En règle générale, lorsque des impulsions intenses de rayons X frappent la matière, les électrons - qui contribuent principalement à la diffraction des rayons X - sont éliminés par ionisation, laissant des ions qui diffusent les rayons X de manière moins efficace. L'étude actuelle révèle toutefois que, sous l'effet d'impulsions FEL extrêmement courtes et spécifiquement réglées, ces ions peuvent augmenter leur efficacité de diffraction de plusieurs ordres de grandeur.
"Cette découverte offre une nouvelle approche pour améliorer à la fois la luminosité et la résolution de l'imagerie par diffraction des rayons X", explique Stephan Kuschel, premier auteur de l'étude. "Cette technique ouvre la voie à la visualisation de processus ultrarapides, tels que les réactions chimiques et les transformations catalytiques, dans leur environnement naturel, avec une résolution temporelle remarquable.
Les résultats soulignent l'importance de repousser les limites technologiques de l'imagerie à rayons X pour dévoiler les dynamiques invisibles de la matière. Avec de nouvelles avancées, cette percée promet d'avoir des répercussions dans des domaines tels que la chimie, la science des matériaux et les nanotechnologies. "Il s'agit d'un pas de plus vers l'objectif ultime qui consiste à capturer des atomes individuels en mouvement", notent les chercheurs. "En affinant les conditions d'impulsion des rayons X, nous serons en mesure d'observer des détails qui étaient jusqu'à présent hors de portée.
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.
Publication originale
Stephan Kuschel, Phay J. Ho, Andre Al Haddad, Felix F. Zimmermann, Leonie Flueckiger, Matthew R. Ware, Joseph Duris, James P. MacArthur, Alberto Lutman, Ming-Fu Lin, Xiang Li, Kazutaka Nakahara, Jeff W. Aldrich, Peter Walter, Linda Young, Christoph Bostedt, Agostino Marinelli, Tais Gorkhover; "Non-linear enhancement of ultrafast X-ray diffraction through transient resonances"; Nature Communications, Volume 16, 2025-1-20
Autres actualités du département science
