Le peigne de fréquence identifie les molécules toutes les 20 nanosecondes – Physics World

Les peignes de fréquence – des lasers spécialisés qui agissent comme un bâton de mesure de la lumière – sont couramment utilisés pour identifier des molécules inconnues dans un échantillon en détectant les fréquences de lumière qu’elles absorbent. Cependant, malgré les progrès récents, la technique a encore du mal à enregistrer des spectres à l’échelle de la nanoseconde caractéristique de nombreux processus physicochimiques et biologiques.

Les chercheurs du Institut national américain des normes et de la technologie (NIST) à Gaithersbury, Maryland, Toptica Photonics SA et par Université du Colorado, Boulder ont maintenant résolu cet inconvénient en développant un système de peigne de fréquence capable de détecter des molécules spécifiques dans un échantillon toutes les 20 nanosecondes. Leur exploit signifie que la technologie pourrait être utilisée pour résoudre les étapes intermédiaires de processus rapides, tels que ceux qui se produisent dans les moteurs à réaction hypersoniques et le repliement des protéines.

Détection des empreintes moléculaires

Dans le nouveau travail, chef de projet NIST David Long et ses collègues ont généré deux peignes de fréquences optiques dans la région proche infrarouge du spectre électromagnétique à l'aide de modulateurs électro-optiques. Ils ont ensuite utilisé ces peignes comme laser de pompe pour un dispositif connu sous le nom d'oscillateur paramétrique optique qui traduit spectralement les peignes dans l'infrarouge moyen. Cette traduction est importante car la région de l’infrarouge moyen abrite tellement de fortes caractéristiques d’absorption de la lumière (en particulier dans les biomatériaux) qu’elle est connue sous le nom de « région des empreintes digitales ». La puissance et la cohérence élevées des peignes, ainsi que le large espacement de leurs « dents » de fréquence, permettent d’enregistrer ces formes de lignes moléculaires à des vitesses élevées.

En plus d'être très efficace, la nouvelle configuration est également relativement simple. "De nombreuses autres approches de spectroscopie à double peigne dans l'infrarouge moyen nécessitaient deux peignes séparés qui devaient être étroitement verrouillés l'un à l'autre", explique Long. « Cela signifie une complexité expérimentale considérablement accrue. De plus, les techniques antérieures n’offraient généralement pas une puissance aussi élevée ni la possibilité de régler l’espacement des peignes à des valeurs suffisamment grandes.

Ce réglage largement espacé est possible, ajoute Long, car le nouveau peigne électro-optique ne comporte que 14 « dents », contre des milliers, voire des millions, pour les peignes de fréquence conventionnels. Chaque dent a ainsi une puissance beaucoup plus élevée et est plus éloignée des autres dents en fréquence, ce qui se traduit par des signaux clairs et forts.

Un peigne de fréquence de table sonde les structures protéiques

« La flexibilité et la simplicité de la nouvelle méthode sont deux de ses principaux atouts », explique-t-il. Monde de la physique. « En conséquence, il est applicable à un large éventail d’objectifs de mesure, notamment la cinétique et la dynamique chimiques, la science de la combustion, la chimie atmosphérique, la biologie et la physique quantique. »

CO supersonique₂ les légumineuses

À titre de test, les chercheurs ont utilisé leur configuration pour mesurer des impulsions supersoniques de CO₂ sortant d'une petite buse dans une chambre remplie d'air. Ils ont pu mesurer le CO₂/rapport de mélange air et observez comment le CO₂ interagi avec l’air pour créer des oscillations de pression atmosphérique. Ces informations pourraient être utilisées pour mieux comprendre les processus se produisant dans les moteurs d’avion et ainsi contribuer au développement de meilleurs processus.

Dans le prolongement de ces expérimentations détaillées dans Nature Photonics, les chercheurs déclarent qu'ils aimeraient désormais étudier d'autres systèmes chimiques scientifiquement intéressants.

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• La source: https://physicsworld.com/a/frequency-comb-identifies-molecules-every-20-nanoseconds/