Des chercheurs ont capturé les toutes premières images d’atomes se déplaçant dans une molécule

Des chercheurs ont capturé les toutes premières images d’atomes se déplaçant dans une molécule

Des chercheurs ont capturé les toutes premières images d’atomes se déplaçant dans une molécule 400 265 Sébastien BAGES

À l’aide d’un nouvel appareil photo ultra-rapide, des chercheurs de Columbus en Ohio ont enregistré la première image en temps réel de deux atomes vibrant dans une molécule.


La clé de l’expérience, qui est apparue dans le numéro de la semaine dernière de la revue Nature, est l’utilisation par les chercheurs de l’énergie de l’électron d’une molécule, comme une sorte de “lampe flash” pour éclairer le mouvement moléculaire.

L’équipe a utilisé des impulsions laser ultra-rapides pour extraire l’électron d’une molécule de son orbite naturelle. L’électron a été alors propulsé en-dehors du système moléculaire, dans un effet analogue à celui d’un flash lumineux se dispersant autour d’un objet, ou des ondulations dans un étang.

L’investigateur principal Louis DiMauro, de l’Ohio State University, a déclaré que cet exploit marque une première étape non seulement vers l’observation des réactions chimiques, mais aussi de leur contrôle à l’échelle atomique.

« Grâce à ces expériences, nous avons réalisé que nous pouvions contrôler la trajectoire quantique de l’électron quand il revient vers la molécule, en ajustant le laser qui le dirige », a déclaré DiMauro, professeur de physique à l’Ohio State. « La prochaine étape sera de voir si nous pouvons orienter l’électron de façon à réellement contrôler une réaction chimique ».

Une technique classique pour obtenir l’image d’un objet immobile implique de frapper l’objet d’un faisceau d’électrons – en le bombardant de millions d’électrons par seconde. La nouvelle approche par électron unique de ces chercheurs leur a permis de filmer le déplacement rapide de la molécule en se basant sur des développements théoriques de coauteurs du journal l’université de la Kansas State University.

Une technique appelée diffraction d’électrons au laser (LIED) est couramment utilisé dans la science des surfaces pour étudier les matériaux entre deux états (par exemple solide-gazeux). Ici, les chercheurs l’ont utilisé pour étudier le mouvement des atomes dans une seule molécule.


Les molécules qu’ils ont choisi d’étudier étaient simples : l’azote, ou N2, et de l’oxygène, ou O2. N2 et O2 sont des gaz atmosphériques communs, et les scientifiques connaissent déjà en détail leur structure complète, de sorte que ces deux molécules fournissent un bon cas d’étude pour la méthode LIED.

Dans chaque cas, les chercheurs ont frappé la molécule avec des impulsions d’une lumière laser de 50 femtosecondes (“quadrillième” de seconde). Ils étaient en mesure de frapper un seul électron sur l’enveloppe extérieure de la molécule et de détecter le signal diffusé de l’électron lorsqu’il entrait à nouveau en collision avec la molécule.

DiMauro et le chercheur postdoctorant Cosmin Blaga, de la même université, ont comparé le signal de l’électron diffus, montrant une la figure de diffraction produite par les formes légères quand il passe à travers des fentes. Par l’observation de la figure de diffraction, les scientifiques ont la capacité de reconstituer la taille et la forme des fentes. Dans ce cas, étant donné la figure de diffraction de l’électron, les physiciens ont reconstruit la taille et la forme de la molécule – que sont, les emplacements des noyaux des atomes constitutifs.

La clé, a expliqué Blaga, c’est que, pendant ce bref intervalle de temps entre le moment où l’électron est éliminé de la molécule et quand il y retourne, les atomes dans les molécules ont été déplacés. La méthode LIED pût capturer ce mouvement, « similaire à la fabrication d’un film du monde quantique », a-t-il ajouté.

Au-delà de son potentiel à destination du contrôle des réactions chimiques, la technique offre un nouvel outil pour étudier la structure et la dynamique de la matière, a-t-il dit. « En fin de compte, nous voulons vraiment comprendre comment les réactions chimiques se produisent. Donc, à long terme, nous en trouverons des applications en science des matériaux et même dans la fabrication de produits chimiques ».

« Vous pouvez utiliser ceci pour étudier les atomes individuellement » ajoute DiMauro, « mais le plus grand impact que cela aura sur la science viendra dès l’instant où nous pourrons étudier les réactions entre les molécules plus complexes sur deux atomes. C’est un long chemin qui part de cette étude pour arriver à des molécules plus intéressantes comme les protéines ».


Citations de EurekAlert
Crédit image : Cosmin Blaga, de l’Université d’État de l’Ohio

Share
Sébastien BAGES
About the author

Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

Laisser une réponse

10 − 3 =

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.

        Back to top
        Préférences de confidentialité

        Lorsque vous visitez notre site Web, il peut stocker des informations via votre navigateur à partir de services spécifiques, généralement sous la forme de cookies. Ici, vous pouvez modifier vos préférences de confidentialité. Il convient de noter que le blocage de certains types de cookies peut avoir un impact sur votre expérience sur notre site Web et les services que nous sommes en mesure d'offrir.

        Cliquez pour activer / désactiver le code de suivi Google Analytics.
        Cliquez pour activer / désactiver les polices Google.
        Cliquez pour activer / désactiver Google Maps.
        Cliquez pour activer / désactiver les intégrations vidéo.
        En poursuivant votre navigation, sans changer les paramètres de votre navigateur, vous acceptez l'utilisation de cookies pour garantir une bonne expérience sur notre site.