Un laser pour "photographier" les électrons des atomes

Publié par Michel le 02/07/2008 à 00:00
Source: CNRS, CEA
Une expérience menée au CEA-Iramis (1) par une équipe internationale composée notamment de chercheurs du CEA, du CNRS, de l'Université Paris 6 et de l'Imperial College de Londres, ouvre la voie pour "photographier" l'évolution des nuages électroniques, et ce, aussi bien dans un solide que lors d'une réaction chimique ou en électronique moléculaire. Ces travaux sont publiés dans le numéro de juillet 2008 de Nature Physics.

Le laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...) est un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande rentabilisation de...) de choix pour filmer la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) des électrons dans les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) et les molécules (plus précisément les "orbitales atomiques ou moléculaires"). Il permet en effet de produire des flashs de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) d'une extraordinaire brièveté qui, seuls, permettent de suivre le mouvement des électrons qui s'effectuent en quelques centaines d'attosecondes (2).

En 2003, une équipe du CEA-Iramis (Saclay) avait déjà montré la possibilité de produire des impulsions lumineuses de 130 attosecondes en faisant interagir un faisceau laser excitateur avec un jet d'atomes. Cependant, aucun mécanisme ne permettait de contrôler précisément le déclenchement, la durée et l'intensité des impulsions produites.

Dans le cadre d'une collaboration européenne impliquant notamment le CEA, le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents...) 6 et l'Imperial College de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les Romains, la ville est aujourd'hui devenue un centre culturel, commercial et...), des chercheurs viennent de montrer que l'on peut façonner et contrôler ces impulsions ultra-courtes en remplaçant le jet d'atomes par un jet de molécules linéaires, comme par exemple le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...) carbonique. L'idée a été d'utiliser un premier faisceau laser pour aligner les molécules de gaz, de façon à contrôler leur orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) par rapport au champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules chargées électriquement.) d'un second faisceau excitateur. Ce dispositif permet de produire des impulsions lasers façonnables à volonté et positionnées dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) avec une précision extrême.

Ce "flash ajustable" à l'échelle de l'attoseconde, instrument indispensable à la réalisation de "photographies" d'orbitales électroniques et de leurs réarrangements, devrait constituer un outil supplémentaire pour de nombreux laboratoires à travers le monde (Le mot monde peut désigner :) dans les domaines de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations...), des nanosciences et de la nanoélectronique.

Notes:

(1) Les études ont été réalisées sur le laser Luca de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) de Saclay (CEA Iramis), dans une collaboration Angleterre-Pologne-France associant cinq laboratoires. Les deux laboratoires français (Iramis/Spam et Laboratoire de chimie physique (La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des procédés. En particulier, la description énergétique des diverses transformations fait partie de la chimie physique. On y trouve des...) matière et rayonnement (CNRS, l'Université Paris 6)) sont partenaires du programme ANR Atto-science.

(2) L'attoseconde est le milliardième de milliardième de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de...), soit 10^-18 s.


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