Hélicoptère ou roue de charrette ? Que se passe-t-il lorsqu'une molécule entre en collision avec une surface
laboratoire où de nouvelles expériences sur les interactions molécule-surface ont été menées. Des chercheurs de l'Université de Swansea ont démontré pour la première fois une détermination expérimentale d'une matrice de diffusion, ouvrant de nouvelles perspectives pour l'étude et la modélisation des interactions molécule-surface. Crédit :Gil Alexandrowicz/Université de Swansea
Que se passe-t-il lorsqu'une molécule entre en collision avec une surface ? Des chercheurs de l'Université de Swansea ont montré que l'orientation de la molécule lorsqu'elle se déplace, qu'elle tourne comme une pale d'hélicoptère ou qu'elle roule comme une roue de charrette, est importante pour déterminer ce qui se passe lors de la collision.
L'interaction des molécules avec les surfaces est au cœur de nombreux domaines de recherche et applications :fertilisants végétaux et produits chimiques, catalyseurs industriels, réactions chimiques atmosphériques sur les particules de glace et de poussière, et même - dans l'espace - les processus par lesquels une étoile est née.
Une question clé dans le domaine de la science des surfaces est de comprendre si une molécule, lorsqu'il entre en collision avec une surface, se rediffusera en phase gazeuse, adsorber en surface, ou réagir et se décomposer en fragments.
Une propriété moléculaire qui peut changer le résultat d'une collision est l'orientation rotationnelle de la molécule. Cependant, la compréhension actuelle de cette relation est très limitée, car il est généralement impossible de contrôler ou de mesurer l'orientation d'une molécule en rotation.
C'est là qu'intervient la recherche de l'équipe de Swansea. L'équipe, dirigé par le professeur Gil Alexandrowicz du département de chimie de l'Université de Swansea, a développé un nouveau type d'expérimentation qui leur a permis d'évaluer deux choses :
- comment l'orientation rotationnelle de la molécule, juste avant la collision, modifie les probabilités de diffusion ; puis
- comment la collision change à son tour l'orientation des molécules éjectées dans la phase gazeuse.
Les expériences réalisées par Yosef Alkoby, un doctorat étudiant dans le groupe, utilisé des champs magnétiques pour contrôler les états quantiques rotationnels des molécules d'hydrogène avant et après la collision avec la surface d'un cristal de sel.
Une simulation de mécanique quantique, développé par le Dr Helen Chadwick, a été utilisé pour extraire la matrice de diffusion de la mesure. Il s'agit d'un descripteur détaillé qui révèle exactement comment l'orientation de la rotation affecte la collision et comment la collision modifie la façon dont les molécules tournent.
