Enregistrer la dynamique des émissions d'électrons

L'univers contient un nombre donné d'éléments, qui se combinent pour donner toutes sortes de molécules. Ces molécules ne sont pas statiques et immuables: tout y bouge, depuis les électrons et les noyaux jusqu'à la forme complexe en volume. La dynamique moléculaire gouverne les propriétés des matériaux et les fonctions des systèmes biologiques, et les électrons dans un état surexcité ouvrent une fenêtre d'observation sur la mécanique quantique.

Ces états surexcités ne peuvent être obtenus à partir de molécules neutres (dans leur état de base) en utilisant des lasers femtoseconde classiques, qui sont limités par leur gamme de longueur d'onde. Des scientifiques ont surmonté cet obstacle en créant ces états à partir de faisceaux rapides d'ions négatifs ou d'espèces neutres mais métastables, plus proches des états surexcités. Ils ont travaillé dans le cadre du projet EXTREME DYNAMICS («Time resolved superexcited state dynamics»), financé par l'UE.

Les chercheurs ont équipé un laser fait sur mesure avec un système de mise en forme des impulsions, pour contrôler et optimiser la phase spectrale des impulsions ultra rapides. Ils ont aussi construit un dispositif à faisceau d'ions rapides, pour créer des anions froids, groupés ou moléculaires (chargés négativement par ajout d'électrons à des composants neutres).

L'équipe a ensuite intégré un système pour réaliser une spectroscopie par photo-fragmentation. Il s'appuie sur des images en très haute résolution et un convertisseur chronométrique. Cet équipement mesure le moment où les fragments frappent le détecteur à plaque à micro canal, ainsi que leur position sur le détecteur. Un spectromètre dédié sépare les produits.

L'utilisation du système a révélé un nouveau scénario de détachement multiple. Dans certains cas, deux électrons ou plus sont éjectés de la molécule parent chargée négativement. Si la molécule perd plus d'électrons que ceux qui lui donnaient une charge négative, on obtient des cations (charge positive). Les chercheurs ont exploité leur nouvelle instrumentation pour caractériser un nouveau mécanisme non séquentiel, très efficace, et montré qu'il différait du mécanisme bien connu de double ionisation des systèmes neutres.

Les progrès réalisés par le projet EXTREME DYNAMICS ont conduit à de nombreuses publications, à un nouveau cours dans l'institution hôte, et à des ateliers et des séminaires dans d'autres institutions. Les résultats faciliteront la modélisation, la prévision et finalement le contrôle des réactions chimiques.