Les dernières décennies ont vu des progrès impressionnants dans les technologies laser, qui ont conduit à des avancées significatives en physique atomique et moléculaire. Le développement des impulsions laser ultracourtes permet désormais aux scientifiques d'étudier des phénomènes extrêmement rapides, comme le transport de charges dans les molécules et les étapes élémentaires des réactions chimiques. Mais au-delà, notre capacité à observer de tels processus à l'échelle attoseconde (un quintillionième de seconde) signifie qu'il est également possible de piloter et de sonder la dynamique des électrons individuels sur leurs délais naturels.

L'une des technologies ultrarapides émergentes est la spectroscopie d'absorption transitoire attoseconde (ATAS), qui peut suivre le mouvement des électrons à un site spécifique d'une molécule. C'est une caractéristique particulièrement attrayante d'ATAS, car il permet de suivre l'évolution du système moléculaire avec une résolution spatiale à l'échelle atomique.

Les lasers modernes peuvent pousser la chimie dans des domaines inexplorés des interactions lumière-matière, où le rôle de la théorie dans l'interprétation des résultats des mesures ATAS sera plus important que jamais. Mais si loin, la théorie derrière ATAS n'a été développée que pour des atomes ou pour des molécules soit en l'absence de mouvement nucléaire, soit en l'absence de cohérence électronique.

Maintenant, une équipe de physiciens du Laboratoire de Chimie Physique Théorique (LCPT) de l'EPFL a étendu la théorie ATAS aux molécules, y compris un compte rendu complet de la dynamique électron-nucléaire corrélée.

L'oeuvre, en collaboration avec Alexander Kuleff à l'Université de Heidelberg, est publié dans Lettres d'examen physique .

"Nous présentons une expression quasi-analytique simple pour la section efficace d'absorption des molécules, qui rend compte du mouvement nucléaire et de la dynamique non adiabatique et est composé de termes physiquement intuitifs, " dit Nikolay Golubev, post-doctorant au LCPT et auteur principal de l'étude.

En étendant la théorie ATAS, les scientifiques montrent également que cette technique de spectroscopie a une résolution suffisante pour "voir" la décohérence de suivi du mouvement des électrons provoquée par le réarrangement nucléaire de la molécule.

Mettre la théorie en pratique, l'équipe a testé la molécule polyatomique acide propiolique à titre d'exemple. "La simulation de l'ATAS aux rayons X de l'acide propiolique a été rendue possible en combinant des méthodes de structure électronique ab initio de haut niveau avec une dynamique nucléaire semi-classique efficace, " dit Jiří Vaníček, chef du LCPT. En faisant progresser nos connaissances sur le mouvement corrélé des électrons et des noyaux dans les molécules, les découvertes des chercheurs du LCPT pourraient également nous aider à comprendre divers autres phénomènes « d'attochimie ».