Enregistrer la danse synchronisée des électrons dans des particules de très petite taille
De nouvelles recherches soutenues en partie par les projets SoftMeter et TOMATTO(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financés par l’UE, montrent comment les électrons excités par des impulsions lumineuses ultrarapides dansent à l’unisson autour d’une particule de moins d’un nanomètre de diamètre. L’équipe de chercheurs a réussi à mesurer cette danse d’électrons avec une précision remarquable. C’est la première fois qu’une mesure de ce type est réalisée à une si petite échelle. Ces résultats permettent de mieux comprendre la nature du mouvement synchronisé des électrons dans les systèmes de taille subnanométrique et ouvrent la voie à de nouvelles avancées dans les applications nanoplasmoniques. Le mouvement synchronisé des électrons - la résonance plasmonique - est capable de piéger la lumière pendant de courtes périodes. Cette capacité a trouvé des applications dans des domaines allant de la conversion de la lumière en énergie chimique à l’amélioration des gadgets sensibles à la lumière. Cependant, jusqu’à présent, les mesures de la résonance plasmonique en temps réel n’étaient possibles que dans des systèmes de 10 nanomètres de large ou plus, en raison de l’échelle de temps ultra-rapide à laquelle la résonance se produit. Grâce aux progrès de la technologie laser, ce n’est plus le cas. Comme le décrivent les chercheurs dans leur article(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) publié dans «Science Advances», ils ont pu enregistrer avec précision le comportement des électrons dans des molécules de carbone subnanométriques en forme de ballon de football, appelées buckminsterfullerènes, ou footballène en abrégé. L’équipe a utilisé des impulsions attosecondes - des impulsions lumineuses extrêmement courtes d’une durée d’un milliardième de milliardième de seconde - pour déclencher et mesurer le mouvement des électrons dans ces molécules de 0,7 nanomètre de diamètre. Les chercheurs ont chronométré avec précision le processus, depuis le moment où les impulsions lumineuses ont excité les électrons jusqu’à l’instant où les électrons ont été émis, libérant ainsi l’énergie excédentaire des boules de sarrasin.
Danser à l’unisson
Chaque cycle dure entre 50 et 300 attosecondes, et les mesures ont montré que les électrons se comportaient avec une forte cohérence, oscillant à l’unisson. «Ces résultats démontrent, pour la première fois, que les mesures attosecondes peuvent fournir des informations précieuses sur les résonances plasmoniques à des échelles inférieures au nanomètre», remarque Shubhadeep Biswas, auteur principal de l’étude et chercheur à l’Institut Max Planck d’optique quantique (Allemagne) et au SLAC National Accelerator Laboratory (États-Unis), dans un article publié par le SLAC(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Cette avancée dans la recherche permet aux scientifiques de mesurer une toute nouvelle gamme de particules ultra-petites. «Cette mesure nous permet de mieux comprendre l’interaction entre la cohérence des électrons et le confinement de la lumière à des échelles inférieures au nanomètre», déclare Matthias Kling, coauteur principal, professeur à l’Institut Max Planck d’optique quantique et directeur du Linac Coherent Light Source du SLAC(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Ces travaux démontrent la puissance des techniques attosecondes et ouvrent la voie à de nouvelles approches pour la manipulation des électrons dans les futurs systèmes électroniques ultrarapides, qui pourraient fonctionner à des fréquences jusqu’à un million de fois supérieures à celles de la technologie actuelle.» Francesca Calegari, coauteure principale et scientifique en chef chez le coordinateur du projet SoftMeter, Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, observe: «Cette recherche de pointe ouvre de nouvelles voies pour le développement de plateformes ultra-compactes et très performantes, où les interactions lumière-matière peuvent être contrôlées en tirant parti des effets quantiques émergeant à l’échelle nanométrique.» Le projet TOMATTO (The ultimate Time scale in Organic Molecular opto-electronics, the ATTOsecond) se termine en 2027. SoftMeter (Multi-messenger soft-field spectroscopy of molecular electronics at interfaces) se termine en 2028. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet SoftMeter site web du projet TOMATTO(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)
