Les chercheurs de l’université de l’état de l’Ohio, aux États-Unis, ont capturé les premières images d’atomes se déplaçant au sein d’une molécule, en utilisant une nouvelle technique qui transforme l’un des propres électrons des molécules en une sorte de lampe flash. La technique donne une nouvelle façon de mettre en image les molécules, mais pourrait également un jour aider les scientifiques à contrôler de manière précise les réactions chimiques à l’échelle atomique.

L’équipe a utilisé des impulsions laser ultrarapides, à 50 femtosecondes, (une femtoseconde est un millionième de milliardième de seconde, 10^-15), pour frapper un électron sur son orbite naturelle dans une molécule. Cet électron, après avoir été éjecté de sa place, vient s’écraser dans la molécule et ce faisant, il fournit le type d’illumination (diffraction) dont les chercheurs ont besoin pour percevoir la molécule elle-même. Un peu à la manière d’un flash de lumière qui se disperse autour d’un objet, ou la dispersion des ondulations de l’eau dans un étang.

Image d’entête : l’image met en évidence les modifications d’une molécule d’azote durant le laps de temps entre les impulsions laser, soit un milliardième de seconde. Le mouvement des atomes est présenté comme une mesure de quantité de mouvement angulaire croissante, sur une échelle de couleur du bleu foncé au rose, le rose présentant la région au plus grand mouvement.

En mesurant le signal diffusé par l’électron, alors qu’il entre en collision avec la molécule, ils ont pu reconstituer le fonctionnement interne de la molécule, y compris des choses comme la position des noyaux des atomes. En outre, parce qu’il y a un décalage très court entre le moment où l’électron est frappé et quand il vient s’écraser, les chercheurs sont capables de capturer le mouvement des atomes au sein de cette période, essentiellement en leur permettant de faire une vidéo image par image du mouvement atomique dans les molécules.

Pour leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des molécules d’oxygène (O2) et d’azote (N2) car leurs structures moléculaires sont bien comprises. Les prochaines étapes consisteront à saisir des images de molécules plus complexes et, éventuellement, essayer de comprendre le potentiel de contrôler avec précision les réactions chimiques jusqu’au niveau atomique.

La recherche publiée sur Nature : Imaging ultrafast molecular dynamics with laser-induced electron diffraction.

 

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