"Mettez une excitation dans le système et observez comment il évolue." Selon le physicien professeur Tobias Brixner, c'est le credo de la spectroscopie optique. Diverses méthodes sont connues dans la littérature. Mais généralement, seul le comportement d'une seule excitation et ses conséquences sont étudiés.

Aujourd'hui physiciens et chimistes de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) en Bavière, Allemagne, ont présenté deux nouveaux principes de spectroscopie optique dans la revue Communication Nature . Les deux approches montrent de nouveaux développements de la spectroscopie dite cohérente bidimensionnelle (2-D). En spectroscopie 2-D conventionnelle, les scientifiques excitent un système à une fréquence spécifique et observent ce qui se passe à une autre fréquence.

"Au lieu de partir d'une excitation et d'analyser sa dynamique, nous déployons ici deux excitations dans le même système et observons comment elles interagissent, " dit le professeur Brixner, Responsable de la Chaire JMU de Chimie Physique I qui est en charge du projet de recherche à l'Université de Würzburg. Cela donne un accès direct, par exemple, aux phénomènes de propagation (tels que le transport d'énergie) car les signaux dans la nouvelle méthode n'apparaissent que si deux excitations initialement séparées se déplacent puis se rencontrent.

Les scientifiques illustrent l'idée de la "spectroscopie exciton-exciton-interaction-bidimensionnelle-(EEI2D)" en utilisant un agrégat J à base de bisimide de pérylène. "Les agrégats J font partie des classes les plus importantes de structures supramoléculaires et la classe des colorants pérylène bisimide est parfaitement adaptée à de telles expériences, " explique le professeur Frank Würthner; il dirige la chaire JMU de chimie organique II et collabore à l'étude.

Cette méthode est applicable à de nombreux domaines physiques, chimique, systèmes biologiques ou d'ingénierie, par exemple, pour décoder des propriétés dynamiques telles que le transport d'énergie des systèmes de récolte de lumière naturelle et des agrégats de colorants artificiels.

Etude de l'ionisation avec le schéma 2-D

Les physiciens de l'équipe de Tobias Brixner ont mené d'autres recherches en combinant la spectroscopie 2D cohérente avec des faisceaux moléculaires "Cela nous a permis d'étudier l'ionisation avec le schéma 2D pour la première fois, " explique le professeur. A cet effet, ils ont utilisé la spectrométrie de masse au lieu de la détection optique et ont obtenu des spectres 2D non seulement pour la molécule mère mais aussi simultanément pour tous les photoproduits.

"Notre principal défi était le fait que les densités de particules dans les faisceaux moléculaires sont très faibles, rendre vaine toute tentative conventionnelle antérieure de détection de signaux de mélange à quatre ondes émis de manière cohérente, " dit Brixner. Au lieu de cela, les chercheurs ont observé l'ion généré par la séquence d'impulsions d'excitation, fusionnant ainsi deux domaines de recherche jusqu'alors distincts, à savoir la spectroscopie 2D et la spectrométrie de masse.

Les physiciens ont utilisé la méthode à titre d'exemple pour identifier les voies d'ionisation des états de Rydberg 3D dans le dioxyde d'azote. À l'avenir, ce développement permettra d'étudier l'influence de l'environnement sur la dynamique cohérente dans des molécules plus grosses.