20.05.2022 - Universität Stuttgart

Ions et atomes de Rydberg : un lien entre David et Goliath

Détection d'un nouveau mécanisme de liaison entre petites particules et particules géantes

Des chercheurs de l'université de Stuttgart ont vérifié un nouveau mécanisme de liaison formant une molécule entre une minuscule particule chargée et, en mesures atomiques, un gigantesque atome de Rydberg. Les scientifiques ont pu observer la molécule en résolution spatiale à l'aide d'un microscope ionique auto-construit. La célèbre revue "Nature" a publié les résultats le 18 mai 2022.

Lorsque des particules uniques comme les atomes et les ions se lient, des molécules apparaissent. De telles liaisons entre les particules peuvent se produire si elles ont par exemple des charges électriques opposées et s'attirent donc mutuellement. La molécule observée à l'université de Stuttgart présente une caractéristique particulière : Elle se compose d'un ion positif chargé électriquement et d'un atome neutre dans un état dit de Rydberg. La taille de ces atomes de Rydberg a été multipliée par mille par rapport à celle des atomes ordinaires. Comme la charge de l'ion déforme l'atome de Rydberg d'une manière très spécifique, la liaison entre les deux particules émerge.

Nuage de rubidium refroidi près du zéro absolu

Pour vérifier et étudier la molécule, les chercheurs ont préparé un nuage de rubidium ultra-froid, qui a été refroidi au voisinage du zéro absolu à -273°C. Ce n'est qu'à ces basses températures que la force entre les particules est suffisamment forte pour former une molécule. Dans ces ensembles atomiques ultrafroids, l'ionisation d'atomes uniques par des champs laser prépare le premier élément constitutif de la molécule - l'ion. D'autres faisceaux laser 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 un dixième de l'épaisseur d'un cheveu humain.

La microscopie à l'aide de champs électriques

Un microscope ionique spécial a rendu cette observation possible. Il a été développé, construit et mis en service par les chercheurs du 5e Institut de physique en étroite collaboration avec les ateliers de l'Université de Stuttgart. Contrairement aux microscopes classiques fonctionnant avec de la lumière, l'appareil influence la dynamique des particules chargées à l'aide de champs électriques afin d'agrandir et d'imager les particules sur un détecteur. "Nous avons pu imager la molécule flottante libre et ses constituants avec ce microscope et observer et étudier directement l'alignement de cette molécule dans notre expérience", explique Nicolas Zuber, doctorant au 5e Institut de physique, les résultats.

Dans une prochaine étape, les chercheurs veulent étudier les processus dynamiques au sein de cette molécule inhabituelle. À l'aide du microscope, il devrait être possible d'étudier les vibrations et les rotations de la molécule. 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. Le groupe de recherche espère acquérir des connaissances nouvelles et plus détaillées sur la structure interne de la molécule.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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