Les électrons sont capables de se déplacer à l'intérieur des molécules lorsqu'ils sont excités de l'extérieur ou au cours d'une réaction chimique. Pour la première fois, les scientifiques ont maintenant réussi à étudier les premières dizaines d'attosecondes de ce mouvement d'électrons dans un liquide.

Pour comprendre comment commencent les réactions chimiques, les chimistes ont utilisé des expériences de super-ralenti pendant des années pour étudier les tout premiers instants d'une réaction. Ces jours, des mesures avec une résolution de quelques dizaines d'attosecondes sont possibles. Une attoseconde vaut 1x10 ^-18 (un quintillionième) de seconde, c'est à dire., un millionième de millionième de millionième de seconde.

"Dans ces premières dizaines d'attosecondes d'une réaction, vous pouvez déjà observer comment les électrons se déplacent dans les molécules, " explique Hans Jakob Wörner, professeur au Laboratoire de chimie physique de l'ETH Zurich. "Plus tard, au cours d'environ 10, 000 attosecondes, ou 10 femtosecondes, les réactions chimiques entraînent des mouvements d'atomes jusqu'à et y compris la rupture des liaisons chimiques.

Il y a cinq ans, le professeur de l'ETH a été l'un des premiers scientifiques à détecter les mouvements d'électrons dans les molécules à l'échelle de l'attoseconde. Cependant, jusqu'à maintenant, de telles mesures ne pourraient être effectuées que sur des molécules sous forme gazeuse car elles ont lieu dans une enceinte à vide poussé.

Transport retardé des électrons du liquide

Après avoir construit de nouveaux équipements de mesure, Wörner et ses collègues ont maintenant réussi à détecter de tels mouvements dans les liquides. À cette fin, les chercheurs ont utilisé la photoémission dans l'eau :ils ont irradié des molécules d'eau avec de la lumière, les obligeant à émettre des électrons qu'ils pourraient ensuite mesurer. "Nous avons choisi d'utiliser ce procédé pour notre enquête car il est possible de le démarrer avec une grande précision temporelle à l'aide d'impulsions laser, " dit Wörner.

Les nouvelles mesures ont également eu lieu sous vide poussé. Wörner et son équipe ont injecté un microjet d'eau de 25 micromètres d'épaisseur dans la chambre de mesure. Cela leur a permis de découvrir que les électrons sont émis par les molécules d'eau sous forme liquide 50 à 70 attosecondes plus tard que par les molécules d'eau sous forme de vapeur. Le décalage horaire est dû au fait que les molécules sous forme liquide sont entourées par d'autres molécules d'eau, qui a un effet retard mesurable sur les molécules individuelles.

Étape importante

"Les mouvements des électrons sont les événements clés des réactions chimiques. C'est pourquoi il est si important de les mesurer sur une échelle de temps à haute résolution, " dit Wörner. " L'étape des mesures dans les gaz aux mesures dans les liquides est d'une importance particulière, parce que la plupart des réactions chimiques, en particulier celles qui sont intéressantes sur le plan biochimique, ont lieu dans des liquides. »

Parmi ceux-ci, il existe de nombreux processus qui, comme la photoémission dans l'eau, sont également déclenchés par le rayonnement lumineux. Il s'agit notamment de la photosynthèse des plantes, les processus biochimiques sur notre rétine qui nous permettent de voir, et les dommages à l'ADN causés par les rayons X ou d'autres rayonnements ionisants. A l'aide de mesures attosecondes, les scientifiques devraient acquérir de nouvelles connaissances sur ces processus dans les années à venir.