Une équipe de recherche internationale dirigée par des physiciens de l'Université de Cologne a mis en œuvre une nouvelle variante de l'expérience de base à double fente utilisant la diffusion inélastique résonante des rayons X au Synchrotron européen ESRF de Grenoble. Cette nouvelle variante offre une compréhension plus approfondie de la structure électronique des solides. Écrire dans Avancées scientifiques , le groupe de recherche a maintenant présenté ses résultats dans une étude intitulée "Incarnation aux rayons X inélastiques résonnants de l'expérience à double fente de Young".

L'expérience à double fente est d'une importance fondamentale en physique. Il y a plus de 200 ans, Thomas Young a diffracté la lumière au niveau de deux fentes adjacentes, générant ainsi des motifs d'interférence (images basées sur la superposition) derrière cette double fente. Ainsi, il a démontré la nature ondulatoire de la lumière. Au 20ème siècle, les scientifiques ont montré que des électrons ou des molécules dispersés sur une double fente présentent le même schéma d'interférence, ce qui contredit l'attente classique du comportement des particules, mais peut être expliqué dans le dualisme onde-particule de la mécanique quantique. En revanche, les chercheurs de Cologne ont étudié un cristal d'oxyde d'iridium (Ba 3 Ceir 2 O 9 ) par diffusion inélastique résonante des rayons X (RIXS).

Le cristal est irradié avec fortement collimaté, photons de rayons X de haute énergie. Les rayons X sont diffusés par les atomes d'iridium dans le cristal, qui reprennent le rôle des fentes dans l'expérience classique de Young. En raison du développement technique rapide de RIXS et d'un choix judicieux de la structure cristalline, les physiciens ont observé la diffusion sur deux atomes d'iridium adjacents, un soi-disant dimère.

"La figure d'interférence nous en dit long sur l'objet diffusant, le dimère double fente, " dit le professeur Markus Grueninger, qui dirige le groupe de recherche à l'Université de Cologne. Contrairement à l'expérience classique à double fente, les photons de rayons X diffusés de manière inélastique fournissent des informations sur les états excités du dimère, en particulier leur symétrie, et donc sur les propriétés physiques dynamiques du solide.

Ces expériences RIXS nécessitent un synchrotron moderne comme source lumineuse de rayons X extrêmement brillante et une configuration expérimentale sophistiquée. Pour n'exciter spécifiquement que les atomes d'iridium, les scientifiques doivent sélectionner la très faible proportion de photons avec la bonne énergie dans le large spectre du synchrotron, et les photons diffusés sont sélectionnés encore plus strictement en fonction de l'énergie et de la direction de diffusion. Il ne reste que quelques photons. Avec la précision requise, ces expériences RIXS ne sont actuellement possibles que sur deux synchrotrons dans le monde, dont l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) à Grenoble, où l'équipe de Cologne a mené son expérience.

"Avec notre expérience RIXS, nous avons pu prouver une prédiction théorique fondamentale à partir de 1994. Cela ouvre une nouvelle porte pour toute une série d'autres expériences qui nous permettront d'acquérir une meilleure compréhension des propriétés et fonctionnalités des solides, " dit Grueninger.