Métamorphose ultrarapide d’une molécule par la lumière

Après leur illumination par laser, la structure et la géométrie de certaines molécules changent en moins d'un milliardième de milliseconde, entraînant des modifications ultrarapides et profondes de leurs propriétés (magnétisme, couleur, etc.). Des chercheurs de l'Institut de physique de Rennes, en collaboration avec des collègues français et américains, ont montré comment ce changement se déroule, et comment ces modifications peuvent persister.

Image : IPR/INP CNRS (S. Jumel)

Première scientifique

Après avoir absorbé un photon, certaines molécules voient se modifier leur structure électronique et leur géométrie, ce qui modifie de façon profonde leurs propriétés physiques telles que le magnétisme, la couleur... Cette transformation, qui se produit sur une durée plus courte que le milliardième de milliseconde, est suivie d’un blocage de la géométrie moléculaire qui stabilise ce nouvel état. Comment se déroulent ces modifications de structure et comment peuvent-elles persister ? Pour répondre à cette question, des physiciens de l’Institut de Physique de Rennes - IPR (CNRS / Univ. Rennes 1), de l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux - ICMCB (CNRS / Univ. Bordeaux) et du synchrotron SOLEIL ont étudié la commutation photoinduite de cristaux moléculaires photomagnétiques.

Vidéo de l'expérience et explication par Éric Collet, professeur à l'université de Rennes 1 (2m 51s)

Les chercheurs ont démontré que la transformation ne se fait pas suivant un chemin linéaire entre l’état initial et l’état final, mais qu’elle suit une trajectoire courbe. Le nouvel état est piégé par un amortissement très important des vibrations dans la nouvelle structure moléculaire. Cette performance a été rendue possible par la combinaison de trois techniques expérimentales de pointe : la photo-cristallographie et l’optique pompe-sonde ultrarapide développées à l’IPR, ainsi que la spectroscopie d’absorption X femtoseconde réalisée sur le laser à électrons libres (X-FEL) LCLS1 à Stanford qui représente la nouvelle génération de source de lumière X ultra-intense et ultra-brève. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

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