Une équipe de chercheurs de Fribourg dirigée par les professeurs Dr Frank Stienkemeier et Lukas Bruder a réussi à développer une nouvelle méthode de mesure pour étudier les processus ultrarapides dans la matière. Ce sont des processus au niveau atomique et moléculaire qui se produisent en un milliardième de seconde (10-12 sec). La nouvelle méthode, qui combine différentes techniques de spectroscopie, permet, entre autres, de nouvelles connaissances sur la structure énergétique de la matière et la distribution de probabilité des électrons. Les processus moléculaires fondamentaux peuvent maintenant être compris plus précisément, selon les chercheurs. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue scientifique Optique et devraient favoriser une variété de développements ultérieurs dans des domaines scientifiques connexes.

Étudier les propriétés fondamentales de la matière

L'équipe de Fribourg travaille depuis plusieurs années à l'extension de l'ultrarapide, cohérent, spectroscopie multidimensionnelle dans de nouvelles directions. Mettre tout simplement, La spectroscopie consiste à étudier l'absorption de la lumière afin d'étudier les propriétés importantes de la matière. Ceux-ci incluent les processus ultrarapides mentionnés, ainsi que les phénomènes de cohérence quantique et les interactions entre atomes et autres particules nanoscopiques. "Ce sont les propriétés fondamentales de la matière qui pilotent les processus dans la nature au niveau nanoscopique, et nous voulons mieux comprendre ces propriétés à travers nos expériences, " rapporte Stienkemeier.

Un problème général en cohérence, la spectroscopie multidimensionnelle est la complexité des données de mesure, ce qui rend souvent difficile, voire impossible, une interprétation claire des résultats expérimentaux. La situation s'améliore considérablement lorsque l'expérience est combinée avec l'utilisation de, par exemple, un spectromètre de masse. "Cette approche nous donne des informations supplémentaires et très utiles sur la composition chimique de la substance à l'étude - un avantage majeur dans l'étude des réactions chimiques ultrarapides, ", explique Bruder.

Une multitude de possibilités

Comparativement, les chercheurs fribourgeois ont réussi à combiner cohérent, spectroscopie multidimensionnelle avec spectroscopie photoélectronique. Dans cette procédure, la substance est ionisée et l'énergie des électrons libérés est mesurée. Cette procédure fournit des informations sur la structure énergétique et la distribution de probabilité spatiale des électrons (orbitales) dans la matière. Lorsque la spectroscopie photoélectronique est associée à des sources lumineuses à rayons X, des mesures précises avec sélection atomique sont même possibles, ce qui signifie que la distribution d'énergie dans une substance peut être étudiée avec une résolution extrêmement élevée jusqu'au niveau atomique.

"Notre approche ouvre une variété de nouveaux développements passionnants, " explique Stienkemeier. " Cela va de l'extension de notre méthode pour les mesures simultanées d'électrons résolus en énergie et en angle, à des expériences avec des rayons X pour obtenir des informations spécifiques à l'atome. » Autre avantage de l'approche de Fribourg, la sensibilité du cohérent, les expériences de spectroscopie multidimensionnelle ont été améliorées de plusieurs ordres de grandeur. C'est-à-dire, les signaux qui étaient auparavant un facteur 200 plus petits que le bruit de la mesure peuvent désormais être détectés. "La sensibilité accrue nous permet d'étudier des échantillons très propres dans un environnement à ultra-vide à partir duquel nous pouvons comprendre plus précisément les processus moléculaires fondamentaux, ", ajoute Bruder.