À l'aide d'impulsions laser en forme de tire-bouchon, les scientifiques de DESY ont conçu une centrifugeuse optique sophistiquée qui peut faire tourner rapidement les molécules autour d'un axe moléculaire souhaité. La méthode innovante ouvre de nouvelles voies pour contrôler et étudier les molécules à rotation ultra-rapide, appelés superrotors. Jusqu'à maintenant, les centrifugeuses optiques peuvent faire tourner les molécules autour d'un seul axe spécifique. Le nouveau schéma permet aux scientifiques de choisir entre deux axes. Alec Owens, Andrey Yachmenev et Jochen Küpper du groupe Controlled Molecule Imaging (CMI) du Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) rapportent leur concept théorique dans le Journal des lettres de chimie physique .

Centrifugeuses optiques, construit à partir d'impulsions laser rotatives, peut faire tourner les molécules plus rapidement que dix mille milliards de fois par seconde. Ces superrotors moléculaires ont révélé des comportements inattendus et sont des quantités intéressantes pour les études de diffusion, spectroscopie, et dynamique. Les superrotors peuvent apporter une énergie significative dans les collisions et, à la fois, se comportent comme de tout petits gyroscopes plus résistants aux collisions et à la réorientation.

« Le contrôle du mouvement de rotation ultrarapide des molécules a connu d'énormes progrès ces dernières années grâce au développement de techniques innovantes en physique des lasers à champ fort, " dit Owens, qui est également affilié au Hamburg Center for Ultrafast Imaging CUI. Les centrifugeuses optiques existantes piègent toujours les molécules le long de l'axe où les charges électriques de la molécule peuvent être le plus facilement secouées pour former un dipôle. L'axe de la molécule suit alors le champ laser en rotation et se met à tourner de plus en plus vite.

L'équipe de CMI a maintenant développé une méthode qui utilise un laser en tire-bouchon qui est activé et désactivé à plusieurs reprises. Cette centrifugeuse optique modifiée permet de sélectionner l'axe autour duquel tourne la molécule. En utilisant l'exemple du sulfure d'hydrogène (H2S), l'étude démontre comment la rotation des molécules asymétriques peut être contrôlée, choisir entre deux axes moléculaires distincts. L'activation et la désactivation du laser tire-bouchon peuvent être obtenues en ajoutant une enveloppe d'impulsion modificatrice superposée au champ laser. De cette façon, les molécules peuvent être excitées le long de différentes voies d'états de rotation, conduisant finalement à une rotation autour de l'un des deux axes différents.

"Un tel schéma pour contrôler l'alignement du moment angulaire d'une molécule sera utile dans les études de la diffusion molécule-molécule ou molécule-surface, où vous pouvez modifier le résultat et étudier la stéréodynamique d'un événement de diffusion en contrôlant l'axe de rotation, " explique Yachmenev. Tout aussi bénéfique est la grande quantité d'énergie associée aux superrotors, qui peut être contrôlé en modifiant la durée de l'impulsion de centrifugation optique.