Une équipe de recherche dirigée par le professeur Frank Stienkemeier et le Dr Lukas Bruder de l'Institut de physique de l'Université de Fribourg a appliqué pour la première fois la spectroscopie 2D à des systèmes moléculaires isolés, et ainsi de retracer plus précisément les processus interactifs au niveau moléculaire. L'équipe a publié ses résultats dans la revue scientifique Communication Nature .

Les processus aux niveaux atomique et moléculaire se déroulent souvent sur des échelles de temps très courtes, plus rapide qu'un milliardième de seconde, et reposent sur l'interaction de nombreux facteurs. Jusqu'à maintenant, cela a rendu difficile le décryptage des mécanismes microscopiques précis tels que la conversion de l'énergie dans le photovoltaïque ou la photosynthèse.

La spectroscopie bidimensionnelle cohérente implique des impulsions laser ultra-courtes tirées sur un matériau. Cette méthode a permis aux chercheurs de suivre la dynamique de tels processus. La spectroscopie bidimensionnelle fournit une quantité d'informations bien plus importante que les autres méthodes, combinée à une haute résolution temporelle de l'ordre de la femtoseconde, la millionième partie d'un milliardième de seconde. Cependant, pour des raisons techniques, cette méthode se limitait auparavant à l'étude d'un matériau liquide ou solide en vrac. « Dans les expériences précédentes, les échantillons étaient très complexes, ce qui rendait extrêmement difficile l'isolement des effets individuels de la mécanique quantique et leur étude précise. Notre approche surmonte cet obstacle, " explique Bruder, qui a dirigé l'expérience.

En préparation de l'expérience, les scientifiques ont produit des gouttelettes d'hélium superfluide, qui n'ont pas de frottement, dans un ultravide. Les gouttelettes ne mesurent que quelques nanomètres et servent de substrat dans lequel les chercheurs synthétisent les structures moléculaires réelles en utilisant un principe modulaire, en d'autres termes, en combinant les composants moléculaires un par un. Ces structures sont ensuite étudiées par spectroscopie 2-D. « Dans les expériences, nous avons combiné diverses technologies spécifiques qui ont considérablement amélioré la sensibilité de mesure de la spectroscopie 2D. En faisant cela, il nous a été possible d'étudier des molécules isolées, " explique Bruder.

Dans une première étude, les scientifiques de Fribourg ont produit des molécules extrêmement froides de l'élément chimique Rubidium dans un état quantique inhabituel, où les atomes de la molécule ne sont que faiblement liés, et analysé leurs réactions induites par la lumière sous l'influence de l'environnement d'hélium. « Notre approche ouvre un champ d'applications, spécifiquement dans le domaine du photovoltaïque ou de l'optoélectronique, et contribuera à terme à une meilleure compréhension des processus fondamentaux, " dit Stienkemeier.