Spectre simulé de JOUEURS 4-D représenté par une coupe 3-D à travers un axe spectral. Deux dimensions codent des informations sur les fréquences vibratoires, tandis que les dimensions restantes représentent les transitions électroniques dans la molécule. Crédit :Harel
Des chercheurs de la Northwestern University ont créé une nouvelle méthode pour extraire la structure statique et dynamique de systèmes chimiques complexes. Dans ce contexte, "structure" ne signifie pas seulement l'arrangement 3-D des atomes qui composent une molécule, mais plutôt des degrés de liberté de la mécanique quantique dépendant du temps qui dictent l'optique, propriétés chimiques et physiques du système.
Considérez comment nous voyons le monde :trois dimensions dans l'espace et une dimension dans le temps, c'est à dire., espace-temps. Supprimez l'une de ces dimensions et la vue devient incomplète et beaucoup plus confuse. Pour la même raison, cette nouvelle méthode utilise quatre dimensions spectrales pour résoudre la structure afin de révéler les caractéristiques cachées de la structure moléculaire.
Dans cette semaine Le Journal de Physique Chimique , professeur assistant Elad Harel et professeur Irving M. Klotz, du Département de chimie de l'Université Northwestern, rapportent une nouvelle méthode spectroscopique cohérente 4-D qui est directement corrélée à l'intérieur et entre les degrés de liberté électroniques et vibrationnels de systèmes moléculaires complexes.
Le travail de Harel implique une description théorique d'une méthode expérimentale récente développée dans son laboratoire, appelé spectroscopie électronique Raman multidimensionnelle assistée par GRadient, ou "JOUEURS". C'est une méthode spectroscopique cohérente multidimensionnelle dans laquelle les dimensions sont les degrés de liberté électroniques et vibrationnels du système.
"En utilisant plusieurs impulsions de lumière, GAMERS sonde comment ces différents degrés de liberté sont corrélés les uns aux autres, créer une sorte de carte spectrale propre à chaque molécule, " dit Harel. " t démontre que les effets subtils dictant le produit chimique, physique, et les propriétés optiques d'un système, qui sont normalement cachés dans les méthodes d'ordre inférieur ou de dimensionnalité inférieure, peut être extrait par la méthode GAMERS."
Contrairement aux autres méthodes, cela permet un regard particulièrement détaillé sur la structure énergétique des molécules d'une manière qui peut offrir une valeur prédictive.
"La forme de la surface potentielle, ce qui est important pour déterminer la cinétique et la thermodynamique d'une réaction chimique, peut être mesuré directement, " a déclaré Harel. " Le niveau de détail moléculaire offert par l'utilisation de plus d'impulsions de lumière pour interroger le système était surprenant. "
Une application potentielle des GAMERS pourrait être de déterminer le mécanisme physique du transfert d'énergie au cours des premières étapes de la photosynthèse, une question qui reste controversée parmi les chercheurs, selon Harel.
À l'heure actuelle, la principale application de ce travail "est de permettre de comprendre les mécanismes physiques derrière une multitude de phénomènes quantiques dans une grande variété de systèmes chimiques, " a déclaré Harel. "Ceux-ci incluent les processus de fission singulet, génération et transport de porteurs de charge dans des pérovskites hybrides, et le transfert d'énergie dans les complexes pigment-protéine. La compréhension de ces processus a des implications importantes pour le développement de cellules solaires de nouvelle génération. »
La méthode GAMERS est encore dans une première phase de développement, selon Harel, mais l'équipe a de grands espoirs pour sa future application.
"Nous pensons que les progrès techniques pourraient rendre une telle analyse beaucoup plus répandue au sein de la communauté de la physique chimique, " dit Harel.
