Nos vies sont régies par des processus submicroscopiques dans le nanocosmos. En effet, de nombreux phénomènes naturels commencent par un minuscule changement dans les états des atomes ou des molécules, déclenchée par les radiations. Un de ces processus a maintenant été élucidé par une équipe dirigée par le Pr Matthias Kling et le Dr Boris Bergues du Laboratoire de physique attoseconde (LAP), qui est géré conjointement par la Ludwig-Maximilians Universität (LMU) et le Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ). Le groupe a étudié comment les molécules qui étaient attachées à la surface des nanoparticules répondaient à l'irradiation par la lumière. Les processus moléculaires induits par la lumière sur les nanoparticules jouent un rôle important dans la chimie atmosphérique, et peut finalement influencer notre climat.

Le nanocosmos est constamment en mouvement. Tous les processus naturels sont finalement déterminés par l'interaction entre le rayonnement et la matière. La lumière frappe les particules et induit des réactions. En modifiant les états énergétiques des électrons, il redistribue les atomes et provoque la reconfiguration des molécules. Ces processus sont considérablement accélérés lorsque les réactifs sont absorbés à la surface des nanoparticules dans l'atmosphère. Ce phénomène est crucial pour la photochimie de l'atmosphère et a donc un impact sur notre santé et notre climat. L'un des processus moléculaires induits par la lumière qui se déroule sur les aérosols a maintenant été étudié en détail par des chercheurs dirigés par le professeur Matthias Kling et le Dr Boris Bergues au Laboratoire de physique attoseconde, qui est exploité conjointement par le LMU et le MPQ. Le groupe a développé une nouvelle méthode, appelée nanoscopie réactionnelle, qui permet d'étudier les transitions physico-chimiques élémentaires sur les interfaces solides. Ils l'ont maintenant utilisé pour caractériser la réaction de l'éthanol avec des molécules d'eau à la surface de nanoparticules de verre sous l'influence d'une lumière laser de haute intensité.

Les chercheurs ont irradié les particules sphériques avec des impulsions laser ultracourtes, chacune durant quelques femtosecondes. Une femtoseconde est un millionième de milliardième de seconde (10 à 15 secondes). A l'aide de la nanoscopie réactionnelle, ils ont pu enregistrer cette interaction ultracourte en trois dimensions avec une résolution nanométrique. "Nous avons observé le détachement et l'accélération des ions hydrogène des molécules à la surface des nanoparticules. Cette capacité constitue la base de la haute résolution spatiale de notre technique d'imagerie, " explique Boris Bergues. " Parce que la technologie nous permet de déterminer la position exacte sur la nanoparticule avec le rendement de réaction le plus élevé, on peut tracer des réactions de molécules adsorbées à la surface des aérosols avec une haute résolution spatiale", ajoute Matthias Kling.

De tels processus sont omniprésents, en particulier dans les domaines de la physique atmosphérique et de l'astrochimie. Par exemple, la lumière dans notre atmosphère interagit avec les aérosols et leurs molécules attachées, déclenchant des réactions ultérieures qui peuvent être importantes pour le développement de notre climat. Dans l'univers, des processus chimiques similaires se produisent sur les plus petits grains de poussière dans des conditions extrêmes. Ici, des molécules se forment et subissent des réactions, un processus qui pourrait également contribuer à la synthèse de biomolécules.

A court terme, les résultats obtenus avec la nouvelle procédure analytique par les physiciens des lasers de Munich peuvent fournir des informations utiles, notamment dans le domaine de la chimie atmosphérique. Finalement, ils pourraient conduire à une meilleure compréhension des réactions sur les aérosols, et pourrait même indiquer des moyens de ralentir le rythme ou d'atténuer les effets du changement climatique.