Dans cette image au microscope, les molécules de phtalocyanine de plomb sur une surface de plomb supraconductrice apparaissent comme des trèfles à quatre feuilles. Les vibrations de ces molécules ont été étudiées avec la nouvelle méthode. Crédit :Jan Homberg
Dans les molécules, les atomes vibrent avec des motifs et des fréquences caractéristiques. Les vibrations sont donc un outil important pour l'étude des molécules et des processus moléculaires tels que les réactions chimiques. Bien que les microscopes à effet tunnel puissent être utilisés pour imager des molécules individuelles, leurs vibrations ont jusqu'à présent été difficiles à détecter.
Les physiciens de l'Université de Kiel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, CAU) ont maintenant inventé une méthode avec laquelle les signaux de vibration peuvent être amplifiés jusqu'à un facteur de 50. De plus, ils ont considérablement augmenté la résolution en fréquence. La nouvelle méthode améliorera la compréhension des interactions dans les systèmes moléculaires et d'autres méthodes de simulation. L'équipe de recherche vient de publier les résultats dans la revue Physical Review Letters .
La découverte du Dr Jan Homberg, du Dr Alexander Weismann et du professeur Dr Richard Berndt de l'Institut de physique expérimentale et appliquée repose sur un effet mécanique quantique spécial, appelé "effet tunnel inélastique". Les électrons qui traversent une molécule sur leur chemin d'une pointe métallique à la surface du substrat dans le microscope à effet tunnel peuvent libérer de l'énergie vers la molécule ou en retirer de l'énergie. Cet échange d'énergie se produit dans des portions déterminées par les propriétés de la molécule respective.
Normalement, ce transfert d'énergie ne se produit que rarement et est donc difficile à mesurer. Afin d'amplifier le signal de mesure et d'atteindre simultanément une résolution à haute fréquence, l'équipe du CAU a utilisé une propriété particulière des molécules sur les supraconducteurs qu'elle avait précédemment découverte :convenablement disposées, les molécules montrent un état dans les spectres qui apparaît en forme d'aiguille, très élevé et extrêmement aigu - la soi-disant résonance Yu-Shiba-Rusinov.
Le modèle montre l'arrangement moléculaire sur un substrat de plomb. Crédit :Jan Homberg
Les expériences ont été soutenues par les travaux théoriques de Troels Markussen de la société de logiciels Synopsis à Copenhague. Création et rupture de liaisons chimiques dans des molécules simples "nanoconfinées"
