Une équipe internationale d'Allemagne, Suède, la Russie et les USA, dirigé par des scientifiques de l'European XFEL, a publié les résultats d'une expérience qui pourrait fournir un modèle pour l'analyse des états de transition dans les atomes et les molécules. Cela ouvrirait de nouvelles opportunités pour mieux comprendre des processus importants tels que la photocatalyse, étapes élémentaires de la photosynthèse et des dommages causés par les radiations.

Il s'agissait de la toute première expérience utilisateur réalisée sur l'instrument Small Quantum System (SQS) de l'Européen XFEL. Les scientifiques ont utilisé la spectroscopie électronique à haute résolution pour capturer un instantané de l'état transitoire de courte durée produit lorsque les rayons X perforent un trou au cœur même du nuage d'électrons atomiques. Les résultats de l'étude, qui a été réalisée sur des atomes de néon, sont le point de départ de l'analyse des états transitoires et ont été publiés dans Examen physique X .

L'état transitoire de très courte durée du néon à noyau de sortie ne dure que 2,4 femtosecondes. Pour mettre une femtoseconde dans son contexte :une femtoseconde est à une seconde comme une seconde est à environ 31,71 millions d'années. "Le XFEL européen nous permet d'utiliser un nombre élevé d'impulsions laser par seconde et une énergie d'impulsion élevée. Cela signifie que nous pouvons apporter un nombre très élevé de photons à l'échantillon, ce qui est crucial pour sonder de tels états atomiques transitoires, " explique Tommaso Mazza, l'auteur principal de l'article.

"Nous avons utilisé des impulsions de rayons X intenses pour d'abord retirer les électrons de la coque interne, ou noyau, d'un atome de néon, puis a utilisé un deuxième photon de la même impulsion de rayons X pour cartographier l'atome « creux », " dit Mazza. " C'est la première fois que les scientifiques sont en mesure d'obtenir des informations sur la structure électronique de cet état transitoire du noyau-trou par spectroscopie électronique induite par les rayons X, et, plus précisément, en mesurant l'énergie des électrons émis après l'excitation par le deuxième photon tout en changeant progressivement la longueur d'onde des impulsions de rayons X, " il ajoute.

Le scientifique principal à la SQS Michael Meyer souligne que les résultats de cet article ainsi qu'un article récemment publié dans Science montrent la possibilité exceptionnelle de contrôler et de sonder efficacement les excitations de sous-couches électroniques spécifiques à l'instrument SQS. "Nous pouvons permettre des excitations atomiques ou spécifiques à un élément dans des cibles moléculaires et étudier indépendamment pour chaque atome l'influence sur la dynamique moléculaire induite par les photons, ", dit-il. Cibler un atome spécifique dans une molécule permet aux scientifiques de mieux comprendre le comportement des blocs de construction individuels dans l'assemblage moléculaire sous une irradiation intense.

Le XFEL européen dans la région de Hambourg est une grande installation internationale de laser à rayons X. C'est 27, 000 flashs de rayons X par seconde et leur haute brillance ouvrent de toutes nouvelles opportunités pour la science. Des groupes de recherche du monde entier sont capables de cartographier les détails atomiques des virus, décrypter la composition moléculaire des cellules, prendre des « photos » en trois dimensions du nanomonde, réactions chimiques « filmées », et étudier des processus tels que ceux qui se produisent profondément à l'intérieur des planètes.