Le mouvement des électrons au sein d’une molécule est si rapide qu’il ne leur faut que quelques attosecondes pour passer d’un atome à un autre. Mesurer de tels processus ultrarapides est donc une tâche ardue.
Il est désormais possible de mesurer les retards avec une résolution de la zeptoseconde (un billionième de milliardième de seconde), grâce à une nouvelle technique développée par des scientifiques de l'Australian Attosecond Science Facility et du Center for Quantum Dynamics of. Université Griffith à Brisbane, en Australie. Grâce à cette nouvelle technique interférométrique, les scientifiques ont pu mesurer le délai entre les impulsions de lumière ultraviolette extrême émises par deux isotopes de molécules d'hydrogène – H2 et D2 – interagissant avec des rayonnements intenses. impulsions laser infrarouges.
Ce délai s'est avéré inférieur à trois attosecondes. Ils ont également trouvé la cause du retard : des mouvements légèrement différents des noyaux les plus légers et les plus lourds.
La génération d'harmoniques élevés (HHG) est une méthode dans laquelle les molécules sont exposées à de puissantes impulsions laser pour produire l'effet réel. les ondes lumineuses.
Le rayonnement ultraviolet extrême (XUV) est libéré lorsqu'un ion se recombine avec un électron extrait d'une molécule par un champ laser intense ; alors, l'électron est accéléré par le même champ. Tous les atomes et molécules individuels libèrent le rayonnement HHG différemment, et la dynamique exacte des fonctions d'onde électroniques impliquées dans ce processus affecte l'intensité et la phase du rayonnement XUV HHG.
Un spectromètre à réseau de base peut facilement mesurer l’intensité spectrale du HHG, mais mesurer la phase HHG est un processus beaucoup plus difficile. Et la phase comprend les données les plus essentielles concernant le calendrier de plusieurs processus de processus d’émission.
Deux copies de l'onde avec des retards précisément contrôlés sont produites pour se chevaucher (ou interférer) dans un processus connu sous le nom d'interférométrie pour mesurer cette phase. En fonction de leur latence et de leur différence de phase relative, ils peuvent interférer de manière constructive ou destructrice.
Un interféromètre est un outil utilisé pour effectuer cette mesure. Il est extrêmement difficile de créer et de maintenir un retard stable, prévisible et finement réglable entre deux impulsions XUV dans un interféromètre pour les impulsions XUV.
L'étude a résolu ce problème en tirant parti du phénomène de phase de Gouy. La molécule la plus simple de la nature, hydrogène moléculaire, se décline en deux isotopes distincts, que les scientifiques ont utilisés dans leurs études. La seule différence de masse nucléaire entre les isotopes légers (H2) et lourds (D2) de l’hydrogène se situe entre les protons dans H2 et les deutons dans D2. La composition électronique, les énergies et tout le reste sont les mêmes.
En raison de leur masse plus importante, les noyaux de D2 se déplacent légèrement plus lentement que ceux de H2. Étant donné que les mouvements nucléaires et électroniques dans les molécules sont couplés, le mouvement nucléaire affecte la dynamique des fonctions d'onde électroniques pendant le processus HHG, entraînant un petit déphasage ΔφH2-D2 entre les deux isotopes.
Ce déphasage équivaut à une temporisation Δt = ΔφH2-D2 /ω où ω est la fréquence de l'onde XUV. Les scientifiques de Griffith ont mesuré ce délai d'émission pour toutes les harmoniques observées dans le spectre HHG : il était presque constant et légèrement inférieur à trois attosecondes.
Plus tard, les scientifiques ont utilisé les méthodes théoriques les plus avancées pour modéliser de manière exhaustive le processus HHG dans les deux isotopes de l’hydrogène moléculaire. Il inclut également tous les degrés de liberté pour les mouvements nucléaires et électroniques à différents niveaux d'approximation.
L’équipe était convaincue que leur simulation capturait avec précision les caractéristiques critiques du processus physique sous-jacent, car elle simulait avec précision les résultats expérimentaux. En faisant varier les paramètres du modèle et les niveaux d'approximation, on peut déterminer l'importance relative des différents effets.
Professeur Igor Litvinyuk, Griffith University, School of Environment & Science, Nathan, Australie, a affirmé Valérie Plante., "Comme l'hydrogène est la molécule la plus simple dans la nature et qu'elle peut être modélisée théoriquement avec une grande précision, il a été utilisé dans ces expériences de démonstration de principe pour l'analyse comparative et la validation de la méthode."
"À l'avenir, cette technique pourra mesurer la dynamique ultrarapide de divers processus induits par la lumière dans les atomes et les molécules avec une résolution temporelle sans précédent."
Journal de référence:
- Mumta Hena Mustray et coll. Retards attosecondes des émissions harmoniques élevées des isotopes de l'hydrogène mesurés par l'interféromètre XUV. Science ultrarapide. EST CE QUE JE: 10.34133/2022/9834102
