Les réactions chimiques font nécessairement intervenir des molécules qui s'assemblent, et la façon dont ils interagissent peut dépendre de la façon dont ils sont alignés les uns par rapport aux autres. En connaissant et en contrôlant l'alignement des molécules, on peut en apprendre beaucoup sur la façon dont se produisent les réactions chimiques. Cette semaine à Le Journal de Physique Chimique , Des scientifiques de l'Université d'Aarhus au Danemark et de l'Institut des sciences et technologies d'Autriche rapportent une nouvelle technique d'alignement de molécules à l'aide de lasers et de gouttelettes d'hélium très froides.

Cette nouvelle méthode aligne les molécules plus précisément qu'il n'est possible pour les molécules essentiellement isolées de celles en phase gazeuse. Cela est dû au fait qu'une molécule intégrée dans une gouttelette très froide partage la même température basse que la gouttelette elle-même, à peine 0,4 kelvin, ou -272,75 degrés Celsius. Il n'est que rarement possible d'obtenir des températures aussi basses pour des molécules en phase gazeuse, cette technique promet donc d'ouvrir un nouveau régime d'étude important.

La méthode utilise une paire d'impulsions laser dans ce qu'on appelle une méthode pompe-sonde. La première impulsion aligne la molécule unique une fois qu'elle a été déposée dans une gouttelette d'hélium. La deuxième impulsion laser, l'impulsion de la sonde, est utilisé pour déterminer l'alignement, exploser la molécule et la séparer en ions. Les ions s'envolent à des angles spécifiques et peuvent être détectés à l'aide d'une caméra couplée à un ordinateur.

"Être capable de contrôler l'alignement de grosses molécules n'est pas une mince affaire, " Henrik Stapelfeldt de l'Université d'Aarhus a déclaré :« car à mesure que les molécules grossissent, il devient de plus en plus difficile de les faire passer en phase gazeuse et de les refroidir. »

Les chercheurs ont étudié trois systèmes :les molécules d'iode (I2), qui ont une forme d'haltère linéaire simple, et deux molécules plus complexes constituées de cycles benzéniques avec des atomes d'iode ou de brome attachés au cycle. Dans les trois cas, ils ont obtenu un alignement solide d'une seule molécule incorporée dans une gouttelette d'hélium froide avec la technique à deux impulsions.

Parce que I2 a une forme linéaire simple, les chercheurs étaient mieux en mesure de comparer leurs résultats expérimentaux aux prédictions théoriques. Cela a révélé que l'alignement induit par laser des molécules dans les gouttelettes d'hélium était essentiellement identique à celui de la phase gazeuse, tant que l'alignement a été fait adiabatiquement, ou progressivement par rapport aux réponses des molécules.

Pour effectuer un alignement adiabatique, la première impulsion laser est allumée plus lentement que la période de rotation inhérente de la molécule étudiée. Cela permet à une molécule d'iode en rotation libre, dire, s'aligner fortement avec l'axe de polarisation du laser, de la même manière qu'une aiguille de boussole s'aligne avec le champ magnétique de la Terre.

Les études futures se concentreront sur l'alignement de plus grandes, molécules plus complexes dans ces gouttelettes d'hélium froides, permettant aux scientifiques d'observer les réactions chimiques se dérouler en temps réel. Stapelfeldt a expliqué qu'il pourrait être possible d'aligner des molécules aussi grosses que des protéines.

"Les gouttelettes d'hélium offrent des possibilités uniques, " il a dit, "pour construire des complexes moléculaires sur mesure, élargissant ainsi le champ des systèmes pouvant être étudiés. »