Un physicien de l'Université Purdue a observé une molécule de Rydberg papillon, un faible appariement de deux atomes hautement excitables qui, selon lui, existerait il y a plus de dix ans.

Les molécules de Rydberg se forment lorsqu'un électron est projeté loin du noyau d'un atome. Chris Greene, Albert Overhauser professeur distingué de physique et d'astronomie de Purdue, avec ses co-auteurs H. Sadeghpour et E. Hamilton, théorisé en 2002 qu'une telle molécule pourrait attirer et se lier à un autre atome.

"Pour tous les atomes normaux, les électrons sont toujours à seulement un ou deux angströms du noyau, mais dans ces atomes de Rydberg, vous pouvez en obtenir 100 ou 1, 000 fois plus loin, " a déclaré Greene. " Suite à des travaux préliminaires à la fin des années 1980 et au début des années 1990, nous avons vu en 2002 la possibilité que cet électron lointain de Rydberg puisse lier l'atome à un autre atome à une très grande distance. Cet électron est comme un chien de berger. Chaque fois qu'il passe devant un autre atome, cet atome de Rydberg ajoute un peu d'attraction et le pousse vers un point jusqu'à ce qu'il capture et lie les deux atomes ensemble."

Une collaboration impliquant Greene et son associé postdoctoral Jesus Perez-Rios à Purdue et des chercheurs de l'Université de Kaiserslautern en Allemagne a maintenant prouvé l'existence de la molécule papillon Rydberg, ainsi nommé pour la forme de son nuage d'électrons. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Communication Nature .

« Ce nouveau mécanisme de liaison, dans lequel un électron peut saisir et piéger un atome, est vraiment nouveau du point de vue de la chimie. C'est une toute nouvelle façon pour un atome d'être lié à un autre atome, " dit Greene.

Les chercheurs ont refroidi le gaz Rubidium à une température de 100 nano-Kelvin, environ un dix millionième de degré au-dessus du zéro absolu. A l'aide d'un laser, ils étaient capables de pousser un électron de son noyau, créer un atome de Rydberg, puis regardez-le.

"Chaque fois qu'un autre atome se trouve à peu près à la bonne distance, vous pouvez ajuster la fréquence laser pour capturer ce groupe d'atomes qui sont à une séparation internucléaire très claire qui est prédite par notre traitement théorique, " dit Greene.

Ils ont pu détecter l'énergie de liaison entre les deux atomes en fonction des changements de fréquence de la lumière absorbée par la molécule de Rydberg.

Greene a déclaré qu'il était satisfaisant de savoir que les prédictions faites il y a si longtemps ont été prouvées.

"C'est une démonstration très claire que cette classe de molécules existe, " a déclaré Greene. " Cela valide également toute l'approche théorique que nous et quelques autres groupes avons adoptée qui a conduit à la prédiction et à l'étude de cette nouvelle classe de molécules.

"Ces molécules ont d'énormes moments dipolaires électriques qui leur permettent d'être manipulées par des champs électriques faibles 100 fois plus petits que ceux nécessaires pour déplacer des molécules diatomiques communes; cela pourrait un jour être appliqué au développement d'électronique ou de machines à l'échelle moléculaire."

Greene continuera à étudier les atomes de Rydberg, y compris des tests pour voir si plusieurs atomes pourraient être liés à une molécule de Rydberg.