Des physiciens créent pour la première fois un réseau de pinces optiques composé de molécules polyatomiques individuelles

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Un réseau de pinces optiques de molécules de CaOH. a, image moyenne du réseau de pinces CaOH, obtenue en imagerie des molécules pendant une durée de 50 ms et en faisant la moyenne sur des centaines d'itérations de la séquence expérimentale. Barre d'échelle, 5 μm b, histogrammes de fluorescence collectée pour des images de pince à épiler d'une durée de 15 ms avec des probabilités de chargement moyennes de 31 % (orange) et 13 % (violet). En médaillon, histogrammes normalisés (norm.) par taux de chargement, indiquant que la forme du pic de la molécule chargée ne change pas avec la probabilité de chargement. Crédit :*Nature* (2024). DOI :10.1038/s41586-024-07199-1

Une équipe de physiciens de l’Université Harvard a réussi pour la première fois à piéger des molécules polyatomiques individuelles dans des réseaux de pinces optiques. Dans leur article publié dans la revue Nature , le groupe décrit comment ils ont réalisé leur exploit et les utilisations possibles. Un résumé de recherche décrit également leurs travaux dans le même numéro de revue.

Le refroidissement des atomes à des températures très froides a permis de contrôler leurs états énergétiques, ce qui a conduit au développement de plusieurs types de technologies, telles que les horloges atomiques. Les physiciens soupçonnent que faire la même chose pour les molécules pourrait donner des résultats similaires, mais cela s'est avéré être un formidable défi en raison de facteurs supplémentaires impliqués, tels que la rotation et les vibrations.

Un certain succès a été obtenu avec des molécules comportant seulement deux atomes, mais celles qui en contenaient plus se sont révélées problématiques. Dans ce nouvel effort, l'équipe de recherche a trouvé un moyen de contrôler un type de molécule à trois atomes :CaOH.

Pour contrôler des molécules individuelles, les chercheurs ont commencé par en isoler plusieurs dans une chambre à vide réfrigérée juste en dessous de 100 microkelvins, puis à utiliser des réseaux de pinces optiques (laser) pour les séparer, permettant ainsi à l'équipe de concentrer ses efforts sur une seule molécule. Cela leur a permis de manipuler les molécules dans un état quantique fondamental.

Une fois cet objectif atteint, l’équipe a conçu un moyen d’imager une molécule individuelle, ce qui a prouvé qu’une pince donnée était chargée sans détruire la molécule étudiée. Cela impliquait l'utilisation de lasers supplémentaires, même si l'équipe a découvert qu'elle devait les régler d'une manière particulière pour atténuer les interférences entre les interactions des faisceaux laser et la structure de la molécule.

Les chercheurs ont ensuite forcé la molécule dans un état quantique souhaité, ce qui leur a permis de contrôler sa vibration, sa rotation et son spin nucléaire. Ils ont ensuite photographié à nouveau la molécule pour en savoir plus sur le résultat de leurs manipulations.

L'équipe de recherche suggère que leur technique pourrait être utilisée avec d'autres molécules à trois atomes, ouvrant ainsi de nouvelles voies de recherche moléculaire polyatomique.

Plus d'informations : Nathaniel B. Vilas et al, Un réseau de pincettes optiques de molécules polyatomiques ultra-froides, Nature (2024). DOI :10.1038/s41586-024-07199-1

Contrôler des molécules polyatomiques uniques dans un réseau optique pour des applications quantiques, Nature (2024). DOI :10.1038/d41586-024-01009-4

Informations sur le journal : Nature