Il est difficile de voir certaines molécules réagir. La réaction est juste si rapide. Jusqu'à maintenant. Une équipe de scientifiques a mis au point un moyen de révéler des informations résolues en temps et en énergie sur les états « sombres » des molécules, qui sont normalement inaccessibles. Leur approche ? Ils contrôlent l'évolution d'une molécule hautement excitée électroniquement par des méthodes optiques non linéaires dans l'extrême ultraviolet.

Ce travail porte sur des approches de pointe. Il permet aux chercheurs d'étendre de puissantes spectroscopies optiques non linéaires au régime extrême ultraviolet et aux rayons X, ainsi qu'aux échelles de temps ultracourtes (inférieures à la femtoseconde). Une telle extension permet aux scientifiques d'observer et de contrôler la dynamique moléculaire et atomique aux échelles de temps les plus rapides à ce jour.

Les scientifiques utilisent souvent des spectroscopies non linéaires dans l'optique, infrarouge, et les régimes de radiofréquence pour sonder la dynamique moléculaire ultrarapide et contrôler l'évolution de l'état excité. Cependant, les spectroscopes non linéaires ont été sous-utilisés à des énergies extrêmes de photons ultraviolets et de rayons X en partie à cause des faibles flux de photons des sources lumineuses qui peuvent produire des impulsions de courte durée dans ces régimes. L'extension des techniques de mélange d'ondes non linéaires au régime extrême ultraviolet promet de permettre l'étude de la dynamique électronique avec une résolution temporelle et une sélectivité sans précédent.

Les chercheurs ont démontré qu'une manipulation minutieuse de la séquence d'impulsions et de la géométrie peut générer des signaux de mélange d'ondes dans la plage ultraviolette extrême qui codent des informations sur la structure énergétique d'un état sombre à double puits mal caractérisé dans l'azote gazeux. La mise en œuvre d'une spectroscopie ultraviolette extrême multidimensionnelle pour contrôler l'évolution de l'état excité et effectuer des mesures hautement sélectives dans les systèmes moléculaires met en évidence le potentiel de ces techniques de mélange d'ondes pour élucider la structure et la dynamique de systèmes moléculaires complexes qui sont difficiles à étudier avec des techniques d'absorption linéaire standard. Plus loin, la technique de l'équipe pourrait conduire à des approches pour contrôler le résultat des processus chimiques et améliorer les réactions à faible rendement.