Paysage potentiel d'un CF4 molécule, dans laquelle un atome de carbone central (gris) est entouré de quatre atomes de fluor (vert) positionnés aux sommets d'un tétraèdre. Les trois projections sont des coupes du potentiel moléculaire, les régions bleues et rouges indiquant respectivement les points d'énergie potentielle positive et négative. Crédit :AG Sansone
Comment les chercheurs peuvent-ils utiliser le mécanisme de la photoionisation pour mieux comprendre le potentiel moléculaire complexe ? Cette question a maintenant été résolue par une équipe dirigée par le professeur Giuseppe Sansone de l'Institut de physique de l'Université de Fribourg. Les chercheurs de Fribourg, de l'Institut Max Planck de physique nucléaire à Heidelberg et de groupes de l'Universidad Autonoma de Madrid/Espagne et de l'Université de Trieste/Italie ont publié leurs résultats dans la revue Nature Communications .
À l'origine de la photoionisation, également appelée effet photoélectrique, un atome ou une molécule absorbe un quantum de lumière, généralement désigné par photon, d'un champ externe. L'énergie absorbée dans ce processus est transférée à un électron, qui est libéré, laissant derrière lui un ion à charge unique. Sous plusieurs aspects et pour plusieurs applications, l'effet peut être considéré comme instantané, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de délai significatif entre l'absorption du photon et l'instant où l'électron est émis. Cependant, plusieurs expériences menées au cours des dernières années ont mis en évidence que des retards infimes mais mesurables se situant dans la plage des attosecondes (1 as =10 -18 s) se produisent entre ces deux processus.
Génération d'impulsions attosecondes
"Grâce aux sources laser avancées et aux spectromètres spécialement conçus disponibles dans notre laboratoire, nous pouvons générer les rafales de lumière les plus courtes, qui ne durent que quelques centaines d'attosecondes", explique Sansone. "De plus, nous pouvons reconstruire l'orientation de molécules simples lorsqu'elles absorbent un photon d'une impulsion laser externe. Nous avons utilisé ces impulsions pour étudier le mouvement des électrons après l'absorption d'un photon."
Les électrons expérimentent des chemins avec des pics et des vallées potentiels
Les chercheurs ont découvert qu'en sortant de la molécule, l'électron traverse un paysage complexe caractérisé par des pics et des creux potentiels. Celles-ci sont déterminées par la distribution spatiale des atomes composant le système. Le chemin suivi par l'électron pendant son mouvement peut affecter le temps qu'il faut pour être libéré.
Extension possible à des systèmes moléculaires plus complexes
Dans l'expérience, l'équipe a mesuré les retards accumulés par les électrons émis par CF4 les molécules dans différentes directions spatiales ont été mesurées à l'aide d'un train d'impulsions attosecondes combiné à un champ infrarouge ultracourt. "En combinant ces informations avec la caractérisation de l'orientation spatiale de la molécule, nous pouvons comprendre comment le paysage potentiel et, en particulier, les pics potentiels affectent le délai", explique le physicien fribourgeois.
Les travaux peuvent être étendus à des systèmes moléculaires plus complexes et à des potentiels évoluant sur des échelles de temps ultracourtes. En général, souligne Sansone, cette approche pourrait donner la possibilité de cartographier de l'intérieur des paysages potentiels complexes, avec une résolution temporelle sans précédent.
