Vers une description quantique précise de la dynamique moléculaire
Les protons dans les molécules et les atomes sont environ 1 800 fois plus lourds que les électrons plus rapides. Voilà pourquoi, dans la plupart des cas, les scientifiques supposent que les noyaux se déplacent tellement lentement que les électrons restent dans leur état normal pendant un ensemble donné de positions de noyaux. L'approximation dite de Born-Oppenheimer a été largement utilisée dans les simulations de mécanique quantique des systèmes moléculaires complexes. Dans certains cas, toutefois, l'approximation de Born-Oppenheimer n'est pas applicable. Par exemple, lorsqu'un atome avance et recule dans un métal, il interagit avec d'autres électrons et perd de son énergie pour le gaz d'électrons. Les forces de résistance exercées par les gaz d'électrons sur l'atome vibrant sont non-conservatrices et l'amortissement des vibrations ne peut pas être décrit par l'approximation de Born-Oppenheimer. Dans le cadre du projet financé par l'UE XBEBOA (Extreme ultraviolet and X-ray spectroscopy to understand dynamics beyond the Born Oppenheimer approximation), les scientifiques sont allés au-delà de l'approximation de Born-Oppenheimer. L'équipe a développé des outils de pointe en utilisant de nouvelles impulsions lumineuses femtosecondes pour étudier les complexes organométalliques. Plus spécifiquement, les scientifiques du projet XBEBOA ont exploité la génération harmonique élevée, une technique pour produire de la lumière XUV cohérente dans le temps et dans l'espace ainsi que des impulsions lumineuses aussi courtes que des centaines de femtosecondes. La configuration expérimentale développée consiste d'un grillage provisoire, de spectromètres photoélectrons et photoions à résolution temporelle pour les études des solutions gazeuses et liquides. Dans les premières expériences sur la transition de phase isolant-métal des échantillons de dioxyde de vanadium, il était possible de distinguer les signatures spectrales des processus électroniques et nucléaires clairement. Différencier la lumière XUV à proximité des électrons excites des échantillons sondés à des énergies photons inférieures était un défi important pour une spectroscopie ultra-rapide avant le projet XBEBOA. En outre, l'équipe a pu créer des conditions permettant à chaque atome d'une molécule de buckminsterfullerène (C60) d'absorber des photons multiples durant des impulsions à rayons X d'une durée de femtosecondes. Pour ce faire, ils ont utilisé le laser sans électron d'une source lumineuse cohérente linac. Des conditions similaires sont nécessaires pour illustrer les protéines et les virus dans les études d'échantillons biomoléculaires. Les scientifiques de XBEBOA espèrent utiliser la configuration expérimentale après la fin du projet pour calculer les propriétés des solides, des liquides et des gaz, évitant les grossières approximations utilisées par le passé pour décrire leur comportement mécanique quantique.
Mots‑clés
Dynamique moléculaire, ultraviolet extrême, rayonnement par rayon X mou, approximation de Born-Oppenheimer, mécanique quantique
