Une équipe de physiciens de l’ETH Zürich, en Suisse, a produit les impulsions laser les plus courtes jamais enregistrées : 43 attosecondes seulement (une attoseconde est un incompréhensible quintillionième de seconde). Cet exploit dépasse le précédent record de 53 attosecondes, établi plus tôt cette année.
Thomas Gaumnitz, stagiaire postdoctoral dans le groupe du Professeur Wörner, avec l’installation qui génère les impulsions laser les plus courtes du monde. Crédit image : ETH Zurich.
Ces impulsions de 43 atosecondes permettront aux physiciens d’observer en détail comment les électrons se déplacent dans une molécule ou comment les liaisons chimiques se forment.
“Les molécules tournent dans l’intervalle des picosecondes (10 %).-12 s), leurs atomes vibrent à l’échelle de la femtoseconde (10-15 s), et les électrons se déplacent dans l’intervalle des attosecondes (10-18 s)”, expliquent les chercheurs.
“En partant d’un laser infrarouge, nous générons une impulsion laser à rayons X mous avec une très grande largeur de bande spectrale”.
“En conséquence, divers éléments, dont le phosphore et le soufre, peuvent être directement observés en excitant leurs électrons de l’enveloppe interne. Ces deux éléments sont présents dans les biomolécules, et il est maintenant possible de les observer avec une résolution temporelle sans précédent.”
Mais quel est l’avantage de pouvoir maintenant observer les étapes de la réaction avec une résolution encore plus élevée ?
“Plus un transfert de charge peut avoir lieu rapidement, plus une réaction peut se dérouler efficacement”, a déclaré le professeur de l’ETH Hans Jakob Wörner.
“L’œil humain, par exemple, est très efficace lorsqu’il s’agit de convertir des photons en signaux nerveux”.
“Dans la rhodopsine, un pigment visuel de la rétine, la molécule photosensible rétinal est pré-arrangée de telle manière que sa structure peut changer extrêmement rapidement par l’absorption d’un seul photon. Cela permet le processus visuel même au crépuscule.”
“Une réaction beaucoup plus lente rendrait la vision impossible, car l’énergie du photon serait convertie en chaleur en quelques picosecondes seulement.”
La spectroscopie attoseconde pourrait contribuer au développement de cellules solaires plus efficaces puisqu’il est pour la première fois possible de suivre pas à pas le processus d’excitation par la lumière solaire jusqu’à la production d’électricité.
Une compréhension détaillée de la voie de transfert de charge pourrait aider à optimiser l’efficacité de la prochaine génération d’éléments photosensibles.
“La spectroscopie par laser attoseconde ne se prête pas seulement à la simple observation”, a déclaré le professeur Wörner.
Selon l’équipe, les réactions chimiques peuvent également être directement manipulées.
“L’utilisation d’une impulsion laser peut modifier le cours d’une réaction – même les liaisons chimiques peuvent être rompues en arrêtant le déplacement de charge à un certain endroit de la molécule. De telles interventions ciblées dans les réactions chimiques n’étaient pas possibles jusqu’à présent, car l’échelle de temps du mouvement des électrons dans les molécules était jusqu’alors inaccessible”, ont déclaré les scientifiques.
“Nous travaillons déjà sur la prochaine génération d’impulsions laser encore plus courtes”.
“Celles-ci permettront d’enregistrer des images encore plus détaillées, et grâce à un spectre de rayons X plus large, encore plus d’éléments pourront être sondés qu’auparavant.”
“Bientôt, il sera possible de suivre la migration des électrons dans des molécules plus complexes avec une résolution temporelle encore plus élevée.”
Les résultats de cette recherche sont publiés en ligne dans le journal. Optics Express.
