Des scientifiques réussissent à imager la forme quantique cachée d’une molécule
Une équipe interdisciplinaire de l’Université de Göttingen a réussi à obtenir une image en trois dimensions de la fonction d’onde d’une molécule organique de taille nanométrique. Cette avancée a été réalisée en combinant la spectroscopie photoélectronique avancée avec des algorithmes mathématiques sophistiqués. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Nature Communications.
La mécanique quantique remet en question l’idée selon laquelle un objet doit occuper un emplacement précis à un moment donné. Les particules fondamentales, comme les électrons, sont décrites par une « fonction d’onde », une représentation mathématique permettant de calculer les probabilités de propriétés telles que la position et la quantité de mouvement. À l’intérieur des molécules, ces fonctions d’onde électroniques sont connues sous le nom d’orbitales moléculaires, qui contiennent des informations cruciales sur le comportement d’une molécule et ses interactions avec son environnement.
Jusqu’à présent, obtenir une image complète de cette fonction d’onde en trois dimensions était extrêmement difficile et nécessitait des mes longues dans des installations de recherche sur synchrotron. Cela a limité l’utilisation de cette technique et a constitué un obstacle majeur pour l’imagerie des fonctions d’onde « dynamiques » sous forme de vidéos tridimensionnelles à l’échelle atomique.
Les chercheurs ont utilisé une technique indirecte, la spectroscopie photoélectronique, qui me la quantité de mouvement des électrons émis par la molécule, donnant accès à une moitié de la fonction d’onde sans modifier son état physique. Des algorithmes informatiques avancés ont ensuite été appliqués pour reconstruire la moitié manquante, permettant ainsi de produire une image de l’orbitale moléculaire complète.
Dr. Matthijs Jansen, co-directeur de l’étude, a souligné l’originalité de l’approche de l’équipe. La redéfinition de l’algorithme a permis d’obtenir des images 3D fiables avec moins de données expérimentales. De plus, l’utilisation d’une source de lumière à rayons X douce en laboratoire, fournissant des impulsions lumineuses ultracourtes, a été déterminante.
Dr. Wiebke Bennecke, premier auteur de l’étude, a ajouté que cette technique pourrait ouvrir la voie à la vidéographie stroboscopique, permettant d’observer non seulement la forme des fonctions d’onde, mais aussi leur évolution avec une résolution ultrarapide, allant jusqu’à la femtoseconde. Cela pourrait offrir de nouvelles perspectives sur la façon dont les molécules réagissent aux changements optiques, électroniques ou chimiques.
Si cette technique est étendue, les chercheurs pourraient dépasser les images statiques et observer l’évolution des fonctions d’onde moléculaires au fil du temps, révélant ainsi comment les molécules répondent à la lumière et à d’autres influences sur des échelles de temps de femtosecondes.
Source : Nature Communications
