Une équipe internationale de physiciens, dirigée par le professeur Chris Greene de l’université de Purdue et le professeur Herwig Ott de l’université de Kaiserslautern, a observé une molécule de Rydberg papillon, un faible appariement de deux atomes hautement excitables. Leur travail a été publié dans le numéro du 5 octobre de la revue Nature Communications (préimpression arXiv.org).
Densité électronique d’une molécule papillon. Crédit photo : Université de Kaiserslautern.
Les molécules de Rydberg se forment lorsqu’un électron est envoyé loin du noyau d’un atome. En 2002, le professeur Greene et des chercheurs de l’université du Colorado et du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ont émis l’hypothèse qu’une telle molécule pouvait attirer un autre atome et s’y lier.
“L’ingénierie des molécules avec une longueur de liaison accordable et des états quantiques définis est au cœur de la chimie quantique. Le mécanisme de liaison non conventionnel des molécules de Rydberg en fait un candidat prometteur pour mettre en œuvre de telles molécules accordables”, expliquent les physiciens.
“Un type très particulier de molécules de Rydberg sont les molécules dites papillons, qui sont liées par une résonance de forme dans la diffusion électron-perturbateur.”
Greene, Ott et leurs co-auteurs ont prouvé l’existence de la molécule de Rydberg papillon.
“Pour tous les atomes normaux, les électrons sont toujours à un ou deux angströms du noyau, mais dans ces atomes de Rydberg, ils peuvent être 100 ou 1 000 fois plus éloignés”, explique le professeur Greene.
“Après des travaux préliminaires à la fin des années 1980 et au début des années 1990, nous avons entrevu en 2002 la possibilité que cet électron de Rydberg éloigné puisse lier l’atome à un autre atome à une très grande distance.”
“Cet électron est comme un chien de berger. Chaque fois qu’il passe en trombe devant un autre atome, cet atome de Rydberg ajoute un peu d’attraction et le pousse vers un endroit jusqu’à ce qu’il capture et lie les deux atomes ensemble. “
“Ce nouveau mécanisme de liaison, dans lequel un électron peut saisir et piéger un atome, est vraiment nouveau du point de vue de la chimie. C’est une toute nouvelle façon pour un atome d’être lié par un autre atome.”
Les physiciens ont refroidi le rubidium gazeux à une température de 100 nano-Kelvin, soit environ un dix-millionième de degré au-dessus du zéro absolu.
A l’aide d’un laser, ils ont pu pousser un électron hors de son noyau, créant ainsi un atome de Rydberg, puis l’observer.
“Chaque fois qu’un autre atome se trouve à peu près à la bonne distance, vous pouvez ajuster la fréquence du laser pour capturer ce groupe d’atomes qui sont à une séparation internucléaire très claire, prédite par notre traitement théorique”, a expliqué le professeur Greene.
L’équipe a pu détecter l’énergie de liaison entre les deux atomes en se basant sur les changements de fréquence de la lumière absorbée par la molécule de Rydberg.
“C’est satisfaisant de savoir que les prédictions faites il y a si longtemps ont été prouvées”, a déclaré le professeur Greene.
