Orbitales moléculaires imagées en 3D, ouvrant la voie à des vidéos de femtoseconde

Des scientifiques ont franchi une étape importante en physique quantique en imagant avec succès la structure tridimensionnelle des orbitales moléculaires, ouvrant la voie à de futurs enregistrements vidéo ultra-rapides de processus à l'échelle atomique. Des chercheurs de l'Université de Göttingen ont développé une nouvelle méthode qui combine une spectroscopie photoélectronique avancée avec des algorithmes informatiques sophistiqués pour capturer la fonction d'onde complète des électrons dans les molécules.

La découverte s'articule autour du concept d'orbitales moléculaires, qui décrivent la distribution des électrons dans une molécule. Ces orbitales déterminent comment les molécules interagissent avec leur environnement, influençant tout, de l'absorption de la lumière à la réactivité chimique. Cependant, visualiser la forme tridimensionnelle complète de ces orbitales a longtemps été un défi redoutable. Les méthodes traditionnelles nécessitent une collecte de données étendue et l'accès à des installations de synchrotron à grande échelle, ce qui rend l'observation en temps réel difficile.

Pour surmonter ces obstacles, l'équipe de recherche a utilisé un algorithme redessinée qui réduit considérablement la quantité de données expérimentales nécessaires pour reconstruire la fonction d'onde. En mesurant l'élan des électrons éjectés pendant la spectroscopie photoélectronique, les scientifiques ont pu déduire une partie de la fonction d'onde sans perturber le système.

Cette technologie a permis aux chercheurs de mener des expériences en dehors des installations traditionnelles de synchrotron, augmentant l'accessibilité et l'efficacité. L'intégration de cette source lumineuse avec l'algorithme nouvellement conçu a marqué un tournant dans le domaine, offrant une approche plus pratique pour étudier les phénomènes quantiques dynamiques.

De telles observations pourraient révéler comment les molécules réagissent aux stimuli extérieurs, y compris aux changements d'exposition à la lumière, aux champs électriques ou aux environnements chimiques. " Comprendre comment les structures moléculaires s'adaptent à différentes conditions pourrait conduire à de nouvelles façons de contrôler les réactions chimiques au niveau atomique ", a- t- elle noté.

L'équipe de recherche a démontré leur technique en utilisant une molécule appelée PTCDA, couramment utilisée dans la production de colorants rouges en raison de sa forte interaction avec la lumière. Une visualisation 3D de l'orbitale moléculaire la plus occupée de PTCDA a révélé des détails complexes de la distribution des électrons, mettant en valeur la puissance de la nouvelle méthode. L'étude comprenait des vues en section transversale de l'orbitale à des distances aussi petites qu'un angstrom, équivalent à un dixième de milliard de mètre, du centre de la molécule.

Les études futures pourraient se concentrer sur l'extension de cette méthodologie à des molécules plus complexes et l'observation de leurs réponses à divers facteurs environnementaux.