Les atomes et les molécules sont les éléments constitutifs de presque toute la matière qui nous entoure.
Plus intuitivement, les gens apprennent enexploration tactile, comme pousser, tirer ou tapoter. Naturellement, nous sommes habitués aux objets macroscopiques que nous pouvons directement toucher, presser ou pousser avec force. De même, les atomes et les molécules interagissent par des forces, mais ces forces sont extrêmes à bien des égards. Premièrement, les forces entre les atomes et les molécules se produisent à de très petites distances. En fait, ces objets sont si petits qu'une échelle de longueur spéciale a été introduite pour les mesurer: 1 Angström (1Å = 0,000,000,000.1 m). Deuxièmement, en même temps, les atomes et les molécules se déplacent et se tortillent extrêmement rapidement. En fait, leur mouvement est plus rapide qu'une picoseconde (1 ps = 0,000,000,000.001 s). Par conséquent, pour contrôler directement une molécule lorsqu'elle se déplace, il faut un outil pour créer des forces ultra-rapides à l'échelle atomique.
Il y a plus de 30 ans, Eigler et Schweitzer ont montré queen utilisant un microscope à effet tunnel, des forces statiques peuvent être appliquées à des atomes individuels. Dans un tel microscope, une aiguille très pointue est utilisée pour détecter les atomes et les molécules en les balayant, comme dans un tourne-disque. Une équipe de scientifiques de Ratisbonne et de Zurich a maintenant résolu le problème de rendre ces forces suffisamment rapides pour contrôler directement la molécule lorsqu'elle se déplace, et ainsi contrôler ses réactions et ses transitions. Une équipe de Ratisbonne dirigée par Rupert Huber et Jasha Repp a créé un microscope ultra-rapide unique au monde qui combine des impulsions laser femtosecondes, donnant accès à des échelles de temps ultra-rapides, avec une microscopie à effet tunnel, qui permet la visualisation de molécules individuelles.
Puisque la lumière estonde électromagnétique, son onde porteuse oscillante peut agir comme une force ultra rapide. Encore plus rapide qu'un cycle d'oscillation de champ lumineux. Lorsqu'ils appliquaient des ondes lumineuses ultra-rapides à la pointe atomique du microscope, ils pouvaient en effet exercer cet effet localement, sur des parties individuelles de la molécule. «Nous pouvons donc utiliser une aiguille éclairée par la lumière comme une« main »ultra-rapide à l'échelle atomique pour pousser les atomes individuels d'une molécule», explique Dominic Peller, auteur principal de la nouvelle étude.
Pointe de tunnelage à balayage ultra-rapidemicroscope (en haut à gauche) survole un interrupteur moléculaire (sphères inférieure, rouge et noire connectées). Les forces atomiques ultrarapides (ondes de choc) font bouger vigoureusement un atome sélectionné (sphère rouge) dans la molécule pour contrôler sa réactivité sur une échelle de temps ultrarapide. Crédit: © Brad Baxley (parttowhole.com) Autorisé à faire rapport sur cette étude
L'équipe a remarqué que les forces atomiques ultra-rapidesétaient assez forts pour faire vibrer la molécule. Ce mouvement était si fort qu'il a changé la probabilité de changer la molécule à 39%. «Nous pouvons éventuellement contrôler l'amplitude et la direction des oscillations et ainsi moduler la probabilité de réaction d'une molécule sur une échelle femtoseconde», souligne le scientifique.
De plus, il s'est avéré que ce n'est que lorsque «atomiquehand "applique des forces ultra-rapides à des parties très spécifiques de la molécule, cela provoque un mouvement vibratoire. Comme les scientifiques l'ont découvert à partir d'une comparaison avec les calculs de mécanique quantique effectués par Nikolai Molle à Zurich, cela est dû au fait que la molécule s'accroche à la surface par l'intermédiaire d'atomes clés. Ce n'est qu'en appliquant des forces ultra-rapides à ces atomes particuliers que les scientifiques pourraient contrôler sélectivement les vibrations de la molécule.
Ce développement fournit enfin le pluscontrôle direct des réactions moléculaires. On s'attend à ce que les forces atomiques ultrarapides aident à comprendre et à manipuler des processus clés en chimie et en biologie pour inspirer les futures technologies de dispositifs à molécule unique. Ainsi, le mouvement ultra-rapide omniprésent du constituant élémentaire de la matière peut non seulement être observé, mais également contrôlé et utilisé avec une précision sans précédent.
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