Les atomes de Rydberg – des atomes avec un électron hautement excité – peuvent former des types inhabituels de liaisons moléculaires. Ces liaisons diffèrent des liaisons ioniques et covalentes bien connues non seulement par leurs mécanismes de liaison, mais aussi par leurs longueurs de liaison pouvant atteindre plusieurs micromètres. À l’aide d’un microscope ionique, des physiciens de l’Université de Stuttgart ont observé un nouveau type de liaison moléculaire entre un ion et un atome de Rydberg.
Zuber et al.. ont observé un nouveau type d’ion moléculaire basé sur l’interaction entre un atome de Rydberg neutre et un ion chargé avec une longueur de liaison de plusieurs micromètres. Crédit image : Zuber et al., doi : 10.1038/s41586-022-04577-5.
“Lorsque des particules simples comme les atomes et les ions se lient, des molécules apparaissent”, ont déclaré Nicolas Zuber, étudiant en doctorat à l’Université de Stuttgart, et ses collègues.
“De telles liaisons entre à particules peuvent apparaître si elles ont, par exemple, des charges électriques opposées et donc s’attirent mutuellement.”
“La molécule observée par notre équipe présente une caractéristique particulière : elle est constituée d’un ion positif chargé électriquement et d’un atome neutre dans un état dit de Rydberg.”
“Comme la charge de l’ion déforme l’atome de Rydberg d’une manière très spécifique, la liaison entre les deux particules émerge”.
Pour étudier leur molécule de Rydberg-atome-ion, les auteurs ont préparé un nuage de rubidium ultra-froid et l’ont refroidi près du zéro absolu.
“Ce n’est qu’à ces basses températures que la force entre les particules est suffisamment forte pour former une molécule”, ont-ils expliqué.
“Dans ces ensembles atomiques ultra-froids, l’ionisation d’atomes uniques avec des champs laser prépare le premier élément constitutif de la molécule – l’ion.”
“Des faisceaux laser supplémentaires excitent un deuxième atome dans l’état de Rydberg. Le champ électrique de l’ion déforme ce gigantesque atome. “
“Il est intéressant de noter que la déformation peut être attractive ou répulsive en fonction de la distance entre les deux particules, laissant les partenaires de liaison osciller autour d’une distance d’équilibre et induisant la liaison moléculaire.”
“La distance entre les partenaires de liaison est exceptionnellement grande et représente environ le dixième de l’épaisseur d’un cheveu humain.”
En utilisant un microscope ionique à haute résolution, les physiciens ont mesuré le spectre vibratoire et ont résolu spatialement la longueur de la liaison et l’alignement de la molécule Rydberg-atome-ion.
“Nous avons pu obtenir une image de la molécule flottante et de ses constituants avec ce microscope et observer et étudier directement l’alignement de cette molécule”, a déclaré Zuber.
“En raison de sa taille gigantesque et de la faible liaison de la molécule, les processus dynamiques sont plus lents par rapport aux molécules habituelles.”
“Nous espérons acquérir de nouvelles connaissances plus détaillées sur la structure interne de la molécule”.
Les travaux de l’équipe ont été publiés dans le journal. Nature.
