Des électrons pour sonder les modes vibrationnels d'une molécule

Publié par Redbran le 21/07/2017 à 00:00
Source: CNRS-INP
...
Restez toujours informé: suivez-nous sur Google Actualités (icone ☆)

Des physiciens ont réussi à cartographier l'empreinte des modes vibrationnelles à l'échelle atomique d'une molécule unique grâce à l'utilisation d'une pointe STM. Ces travaux de recherche constituent un pas décisif vers une spectroscopie des modes vibrationels à l'échelle subnanométrique.

Depuis l'avènement des lasers, les chercheurs sondent la matière en recherchant toujours plus de sensibilité et de résolution. De nombreuses techniques de spectroscopie basées sur la détection de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par l'excitation d'une molécule...) induite par excitation lumineuse se sont développées au fur et à mesure de l'avancée des technologies. Il est aujourd'hui facile d'obtenir l'empreinte des modes vibrationnels grâce à des spectroscopies type Raman et ses dérivés. Cependant, ces spectroscopies sont limitées par la résolution spatiale. Plus récemment ce sont développés les techniques de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) à effet tunnel (L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir...) permettant de venir sonder la matière à l'aide d'électrons émis d'une fine pointe métallique. Des physiciens de l'Institut de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et chimie des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de Strasbourg (IPCMS, CNRS/Univ. Strasbourg) ont réussi à combiner la résolution spatiale subatomique du STM avec une mesure spectrométrique des modes vibrationnels d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) unique. Ils ont pu distinguer des variations du spectre de raies en fonction de la sous-partie de la molécule sondée. En d'autres termes, l'empreinte spectrale change en fonction du groupement d'atomes considéré. Ces travaux ont été publiés dans Physical Review Letters.

Pour cela, ils ont utilisé un microscope à effet tunnel, un instrument qui se compose d'une pointe effilée qui sert de sonde et qui balaye ligne après ligne une surface afin d'en déterminer sa topographie (La topographie est l'art de la mesure puis de la représentation sur un plan ou une carte des...) à l'échelle atomique. L'excitation de la molécule est induite par l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par...) de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) des électrons et la molécule se désexcite en émettant de la fluorescence mesurée par un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...) de haute sensibilité. Compte-tenu de la faiblesse des signaux, les chercheurs travaillent sous ultra-vide et à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de l'Hélium liquide. Les variations du spectre optique en fonction du positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre...) fin de la pointe par rapport à la molécule sont enregistrées permettant de tracer une carte des spectres en fonction du point d'excitation sur la molécule. L'intensité des raies présente des variations selon la zone de la molécule sondée, et selon l'origine de la raie considérée. En effet, chaque raie correspond à un mode de vibration de la molécule bien déterminé. L'étude montre que les raies associées à des modes de même symétrie (De manière générale le terme symétrie renvoie à l'existence, dans une...) présentent des dépendances spatiales identiques. L'étape ultime de ce travail consiste en la réalisation de cartes montrant la variation spatiale de l'intensité d'émission de différentes raies (cf. figure).


a) Le courant tunnel (points blanc) agit comme une source d'excitation ponctuelle d'un spectre de fluorescence de raie d'une molécule. (b) Cartographie optique de modes de haute et basse symétrie d'un groupement de trois molécules.
En savoir plus

L'interprétation fine des structures observées au sein de ces cartes nécessitera la mise en place de nouveaux modèles théoriques. Cette expérience ouvre la voie à une nouvelle forme de nano-spectroscopie optique permettant de voir directement au cœur des molécules, un concept nouveau qui bouscule notre compréhension de ce qu'est le spectre de fluorescence d'une molécule.

Pour plus d'information voir:
Vibronic spectroscopy with sub-molecular resolution from STM-induced electroluminescence
B. Doppagne, M. C. Chong, E. Lorchat, S. Berciaud, M. Romeo, H. Bulou, AL. Boeglin, F. Scheurer et G. Schull
Physical Review Letters (2017), doi:10.1103/PhysRevLett.118.127401

Contact chercheur:
Guillaume Schull, chargé de recherche CNRS

Informations complémentaires:
Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg(IPCMS, CNRS/Univ. Strasbourg)
Page générée en 0.257 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
A propos - Informations légales | Partenaire: HD-Numérique
Version anglaise | Version allemande | Version espagnole | Version portugaise