Capturer les premières étapes du transfert d’électrons dans les molécules organiques
La redistribution ultrarapide de l’énergie et de la charge électronique dans les molécules après qu’elles ont absorbé la lumière peut sembler trop scientifique pour nous concerner dans notre quotidien. C’est pourtant ce processus qui régit la photosynthèse chez les plantes et les bactéries. C’est également le mécanisme moteur de systèmes tels que les panneaux solaires, où la lumière est transformée en électricité. La possibilité de mesurer la dynamique des transferts d’électrons et de charge de ce phénomène avec une résolution temporelle extrême pourrait aider les scientifiques à comprendre les mécanismes à l’origine de ces processus. Elle pourrait aussi fournir des informations précieuses sur la manière d’élaborer les propriétés d’une molécule afin de les contrôler ou de les améliorer. Nous manquons toutefois de connaissances détaillées sur les premières étapes du transfert d’électrons et de charge après une photo-ionisation rapide. Cette situation vient toutefois de changer.
Un nouveau regard sur l’interaction électron-noyau
Les recherches soutenues par les projets TOMATTO et LASERLAB-EUROPE, financés par l’UE, ont permis de mieux comprendre ce phénomène. Comme le décrit une étude publiée dans «Nature Chemistry», l’équipe a utilisé des impulsions attosecondes (10-18 seconde) dans l’ultraviolet extrême pour apporter un nouvel éclairage sur la dynamique ultrarapide des systèmes moléculaires. «Ce travail de pionnier offre une nouvelle perspective sur l’interaction complexe entre les électrons et les noyaux dans les molécules donneur-accepteur, améliorant ainsi considérablement notre compréhension des processus chimiques au niveau le plus fondamental», rapporte un article publié sur le site web de TOMATTO. Pour les besoins de ses recherches, l’équipe a exposé des molécules de nitroaniline à des impulsions de l’ordre de l’attoseconde. Les chercheurs ont dès lors pu observer et analyser les premières étapes du transfert de charge avec une précision inégalée. L’étude a révélé que le transfert d’électrons à partir du groupe amino donneur d’électrons prenait moins de 10 femtosecondes (une femtoseconde représentant 10-15 seconde) et était entraîné par un mouvement synchronisé de noyaux et d’électrons. Cette étape était suivie d’un processus de relaxation qui s’est déroulé sur une échelle de temps inférieure à 30 femtosecondes, le paquet d’ondes nucléaires se propageant dans les états électroniques excités du cation moléculaire. L’article indique: «Les résultats présentés ici répondent à une question fondamentale en chimie, car ils révèlent le temps nécessaire pour transférer la charge d’une unité donneuse d’électrons à la liaison chimique adjacente reliant cette unité à un anneau de benzène, et pour les changements structurels concomitants nécessaires qui se produisent. Selon les auteurs, ces résultats expérimentaux et théoriques ouvrent la voie à une meilleure compréhension des diagrammes et des concepts utilisés pour prédire qualitativement la migration de la charge dans les molécules organiques.» L’étude soutenue par TOMATTO (The ultimate Time scale in Organic Molecular opto-electronics, the ATTOsecond) et LASERLAB-EUROPE (The Integrated Initiative of European Laser Research Infrastructures) permet non seulement d’approfondir les connaissances scientifiques sur la dynamique moléculaire, mais aussi d’ouvrir la voie à de futures avancées dans le domaine de la physique de l’attoseconde. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet TOMATTO site web du projet LASERLAB-EUROPE
Mots‑clés
TOMATTO, LASERLAB-EUROPE, molécule, électron, charge, transfert, transfert de charge