Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’Université Brown a utilisé des impulsions de rayons X à très haute vitesse pour visualiser les mouvements subtils d’une molécule de N-méthyl morpholine.
Mouvements vibratoires de la N-méthyl morpholine. Crédit image : Université de Brown.
“Pendant de nombreuses années, les chimistes ont appris à connaître les réactions chimiques en étudiant essentiellement les molécules présentes avant et après une réaction”, a déclaré le Dr Brian Stankus de l’Université Brown, premier auteur de l’étude.
“Il était impossible d’observer réellement la chimie telle qu’elle se déroule car la plupart des transformations moléculaires se produisent très rapidement. Mais les sources de lumière ultrarapide comme celle que nous avons utilisée dans cette expérience nous ont permis de mesurer les mouvements moléculaires en temps réel, et c’est la première fois que ce genre d’effets subtils a été observé avec une telle clarté dans une molécule organique de cette taille.”
Pour cette étude, le Dr Stankus et ses collègues ont examiné les mouvements moléculaires qui se produisent lorsque la N-méthyl morpholine est excitée par des impulsions de lumière UV.
“Nous frappons les molécules avec de la lumière UV, ce qui déclenche la réponse, puis quelques fractions de seconde plus tard, nous prenons une photo avec une impulsion de rayons X”, a déclaré le Dr Stankus.
“Nous répétons cela encore et encore, avec différents intervalles entre l’impulsion UV et l’impulsion de rayons X pour créer une série chronologique.”
Les rayons X se diffusent selon des schémas particuliers en fonction de la structure des molécules.
Ces modèles sont analysés et utilisés pour reconstruire la forme de la molécule au fur et à mesure que les mouvements moléculaires se déroulent.
L’expérience a révélé une réaction extrêmement subtile dans laquelle un seul électron est excité, provoquant un modèle distinct de vibrations moléculaires.
Les chercheurs ont été capables d’imager l’excitation électronique et la vibration atomique dans les moindres détails.
“Cette étude est un véritable jalon car pour la première fois, nous avons pu mesurer avec une grande clarté la structure d’une molécule dans un état excité et avec une résolution temporelle”, a déclaré le professeur Peter Weber de l’université Brown, auteur principal de l’étude.
Un aspect particulièrement intéressant de la réaction est qu’elle est cohérente – ce qui signifie que lorsque des groupes de ces molécules interagissent avec la lumière, leurs atomes vibrent de concert les uns avec les autres.
“Si nous pouvons utiliser des expériences comme celle-ci pour étudier comment exactement la lumière peut être utilisée pour diriger le mouvement collectif de milliards de molécules, nous pouvons concevoir des systèmes qui peuvent être contrôlés de manière cohérente”, a déclaré le Dr Stankus.
“En termes simples : si nous comprenons exactement comment la lumière dirige les mouvements moléculaires, nous pouvons concevoir de nouveaux systèmes et les contrôler pour faire de la chimie utile.”
L’étude apparaît dans le journal Nature Chemistry.
