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Un peigne pour démêler la structure moléculaire des matériaux

Des chercheurs ont, pour la première fois, effectué une démonstration d'un nouveau type de spectroscopie dans la région de fréquences pertinente pour la résolution moléculaire. La taille compacte du dispositif le rendra facilement adaptable pour les laboratoires de recherche et les laboratoires d'hôpitaux dans le monde entier.
Un peigne pour démêler la structure moléculaire des matériaux
Un peigne à fréquence optique peut être représenté graphiquement avec des dents très fines suivant un superbe continuum de toutes les couleurs et différentes longueurs possibles. Son spectre est produit à partir de millions d'impulsions ultracourtes, faiblement espacées, de lumière laser de différentes couleurs, correspondant aux millions de fréquences (ou longueurs d'ondes) différentes du spectre électromagnétique.

Les peignes de fréquence, introduits dans les années 1990, ont révolutionné les mesures de fréquence et de temps. Ils sont largement utilisés en métrologie optique. Ils ont ouvert la voie aux horloges atomiques et permis d'obtenir la plus haute résolution atteinte à ce jour en spectroscopie laser.

Entrant dans le domaine de la spectroscopie moléculaire, leur couverture spectrale gigantesque combinée à la très haute résolution spectrale de chaque «dent» du peigne permet l'identification des atomes et des molécules particuliers. Cependant, jusqu'à présent, la spectroscopie dans la gamme des mi-infrarouges (IR) correspondant à des longueurs d'ondes allant de 2 à 20 micromètres, la soi-disant «empreinte moléculaire», était très peu utilisée par les experts médicaux et scientifiques. Cela était dû à la nature volumineuse des systèmes imposée par une méthode indirecte de production du spectre des mi-IR.

Les scientifiques travaillant dans le cadre du projet IRCOMB («Monolithic frequency comb generators in the mid-infrared»), financé par l'UE, ont effectué la première démonstration de production directe de peignes de fréquence mi-IR basés sur des techniques innovantes et un choix de matériaux qui permet un packaging compact. La source miniaturisée consiste en un microrésonateur cristallin pompé avec un laser à onde continue. En utilisant un processus non-linéaire appelé mélange à quatre ondes, les chercheurs ont produit un spectre de peigne large proche des 2,5 micromètres qui devrait révolutionner la science et la médecine.

Le projet IRCOMB a étendu la spectroscopie de peigne de fréquence à l'échelle de l'empreinte moléculaire grâce à un petit dispositif compact adapté pour une utilisation par des experts médicaux et scientifiques. La technologie à extrêmement haute résolution devrait permettre de nouvelles découvertes sur les molécules qui constituent les matériaux construits, les organismes vivants et l'univers.

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