Une molécule, plusieurs signaux : comment les chercheurs distinguent les différents signaux
Quel processus d'excitation correspond à quel signal de mesure ?
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Les molécules peuvent être placées dans des états quantiques très variés. Comment distinguer ces états lors des mesures lorsque les modèles théoriques ne sont pas fiables ? Quel processus d’excitation se cache derrière tel ou tel signal de mesure ?
C’est précisément à ces questions qu’a été confronté le Dr Arnab Banerjee lorsqu’il a étudié des molécules individuelles de cobaltocène à l’aide de la spectroscopie de tunnel. Les spectres mesurés révélaient une multitude déroutante d’excitations. En collaboration avec quatre collègues de Kiel et de Saint-Sébastien (Espagne), il a réussi à décrypter ces données d’une manière inédite. Les résultats ont récemment été publiés dans la revue « Physical Review Letters » et mis en avant par les rédacteurs en chef dans une rubrique intitulée « Editors’ Suggestion ».
Ce qui se cache derrière les pics
La molécule de cobaltocène a été étudiée sur une surface de plomb qui devient supraconductrice à très basse température, c’est-à-dire qui conduit le courant sans résistance. Pour cela, l’équipe a utilisé un microscope à effet tunnel. Ils ont rapproché sa pointe métallique de la molécule au point que les électrons puissent franchir la minuscule distance qui les séparait. En modifiant l’énergie des électrons et en enregistrant le courant ainsi généré, les chercheurs ont obtenu un spectre : une augmentation brusque du courant indique qu’un processus est déclenché dans la molécule à cette énergie précise. Cependant, un saut en soi ne révèle pas encore quel processus se cache exactement derrière, et la situation devient particulièrement confuse lorsque de nombreuses excitations différentes apparaissent dans le même spectre.
Pour distinguer ces signaux, l’équipe a fait circuler des électrons à l’intérieur et à l’extérieur de la molécule et a également étudié l’effet d’un champ magnétique puissant. La combinaison de ces deux éléments révèle la nature de l’excitation, qu’il s’agisse d’une oscillation de la molécule, d’un renversement du spin d’un électron ou du saut d’un électron entre différentes orbitales.
Un aperçu de l’intérieur de la molécule
Les mesures ne se contentent pas de révéler à quelles énergies les excitations se produisent. La distribution spatiale de la probabilité d’excitation a également été déterminée avec une résolution submoléculaire. Une comparaison avec les résultats de calculs complexes (théorie de la fonctionnelle de la densité, extension dépendante du temps TDDFT) a permis de confirmer davantage l’attribution des signaux de mesure aux états moléculaires concernés.
« Les molécules sont des systèmes quantiques. Pour contrôler leurs états et éventuellement les utiliser comme composants d’ordinateurs quantiques, des températures très basses sont indispensables », explique le Dr Alexander Weismann, coauteur de l’étude. « Actuellement, le département de physique de Kiel mène des recherches de pointe sur les phénomènes quantiques dans le cadre du programme KiNSIS – Kiel Nano, Surface and Interface Science. J’espère que l’Université Christian-Albrecht de Kiel (CAU) ne renoncera pas à ce domaine prometteur. »
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 Allemand peut être trouvé ici.
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