La spectroscopie est l'étude de la manière dont la matière absorbe et émet de la lumière et d'autres rayonnements. Il permet aux scientifiques d’étudier la structure des atomes et des molécules, notamment les niveaux d’énergie de leurs électrons. La spectroscopie optique classique repose sur la manière dont les particules de lumière appelées photons interagissent avec la matière. Ces techniques de spectroscopie classiques incluent l'absorption à un photon (OPA) et l'absorption à deux photons (TPA).
La spectroscopie de la lumière quantique repose plutôt sur une propriété de la mécanique quantique appelée intrication. Il s’agit d’une connexion intrinsèque entre les particules qui signifie qu’un photon ne peut pas changer sans que l’autre change également, quelle que soit leur distance. Des recherches récentes ont examiné une technique de spectroscopie de lumière quantique appelée absorption intriquée à deux photons (ETPA) qui tire parti de l'intrication pour révéler les structures des molécules et comment l'ETPA agit à des vitesses ultra-rapides pour déterminer des propriétés qui ne peuvent pas être observées avec la spectroscopie classique. /P>
Les résultats sont publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. .
Cette recherche a démontré que l’ETPA peut obtenir des informations sur les molécules différentes de celles que les techniques OPA et TPA peuvent obtenir. L'EPTA semble être plus efficace et fonctionner avec une intensité photonique plus faible. Cela permettra aux scientifiques d'utiliser la lumière non classique pour étudier des états de molécules qui sont fondamentalement différents de ceux qu'ils peuvent étudier avec des techniques de lumière classiques.
Les scientifiques ont souvent supposé que les couleurs de l’absorption biphotonique de la lumière quantique et de la lumière classique sont les mêmes. Dans cette étude, des chercheurs de l'Université du Michigan et de l'Université Northwestern ont révélé, grâce à une étude expérimentale et théorique combinée d'une molécule organique importante, la porphyrine de tétraphényle de zinc, que les couleurs de l'absorption à deux photons intriqués sont remarquablement différentes de celles de leur homologue classique correspondante et également de l'absorption résonante d'un photon avec des photons de fréquence doublée.
Cela est dû à l’implication d’états excités électroniques distincts. Les résultats montrent que les états excités les plus importants pour l’excitation lumineuse classique et quantique possèdent des intrications électroniques élevées. Les résultats montrent également que l'ETPA offre la possibilité de sonder des molécules avec une lumière non classique qui sont inaccessibles avec la lumière classique ou d'améliorer leur réponse lumineuse quantique sous une intensité d'excitation extrêmement faible.
L'ETPA peut être particulièrement utile pour résoudre le problème de longue date des photodommages et de la phototoxicité en bioimagerie, en particulier dans les molécules biologiques complexes. Cela augmenterait la capacité des chercheurs à réaliser une imagerie non destructive de biomolécules complexes. La mise en œuvre de la modalité d’imagerie ETPA pour surveiller la dynamique spatiale et temporelle à long terme de l’expression des gènes bactériens dans la rhizosphère souterraine est particulièrement intéressante. De plus, l'identification des couleurs d'une telle absorption à deux photons intriqués pourrait conduire à une réduction du temps d'acquisition des données tout en maintenant une intensité d'excitation extrêmement faible.
