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Une nouvelle liaison moléculaire découverte par des physiciens est plus longue que certaines bactéries

Le microscope ionique spécial utilisé dans la découverte. Crédit image : Nicolas Zuber

Pour la première fois, des physiciens ont observé une liaison moléculaire se formant entre un ion positif et un atome de Rydberg, qui est un état excité spécial où les électrons occupent des orbitales beaucoup plus éloignées du noyau que d’habitude. Un atome de Rydberg peut être 1 000 fois plus gros que la version normale du même atome.

Compte tenu de l’emplacement de leurs électrons, ces atomes ont plusieurs propriétés inattendues, en particulier en ce qui concerne leurs réponses aux champs électriques et magnétiques. C’est pourquoi la formation d’une liaison avec cet atome, comme le rapporte la revue Nature, est quelque chose de jamais vu auparavant.

Il existe trois principaux types de liaisons moléculaires. Les liaisons ioniques voient deux ions de charges opposées se rejoindre. Le sel de table en est un exemple. Une liaison covalente a deux ou plusieurs atomes neutres partageant des électrons les uns avec les autres. L’eau en est un exemple classique. La troisième est la liaison métallique, où les électrons sont délocalisés sur un réseau d’atomes. Ceux-ci confèrent aux métaux leurs propriétés telles que leur conductivité et leur éclat – ils brillent.

Cependant, le lien entre un atome de Rydberg et un ion est tout autre chose. L’ion crée un dipôle dans l’atome de Rydberg, la charge électrique s’accumule sur un côté de celui-ci – mais l’ion peut le faire basculer. À courte distance, l’atome de Rydberg et l’ion se repousseraient, car le côté faisant face à l’ion deviendrait positif. Plus loin, ils s’attirent, avec le côté négatif vers l’ion positif. La distance à laquelle il bascule est la longueur de la molécule.

La liaison a été observée dans un nuage de rubidium refroidi à seulement une fraction de degré au-dessus du zéro absolu. La température ultra-froide est nécessaire pour permettre à la liaison délicate de se former. L’équipe a d’abord utilisé un laser pour ioniser certains des atomes de rubidium en expulsant leurs électrons. Ensuite, des faisceaux laser supplémentaires ont excité d’autres atomes dans l’état de Rydberg.

À ce stade, l’ion et l’atome de Rydberg commencent leur danse d’un champ électrique inversé, oscillant autour d’un point d’équilibre. Ainsi, une molécule est formée. Grâce à un microscope ionique spécial qui mesure les champs électriques, les chercheurs ont pu imager la molécule.

“Nous pourrions imager la molécule flottante libre et ses constituants avec ce microscope et observer et étudier directement l’alignement de cette molécule dans notre expérience”, a déclaré l’auteur principal Nicolas Zuber, chercheur diplômé à l’Université de Stuttgart, dans un communiqué.

La prochaine étape pour l’équipe consiste à étudier le mouvement de ces molécules telles que les rotations et les vibrations, qui sont beaucoup plus lentes que les molécules ordinaires en raison de leur taille impressionnante.

[h/t: Physics World]

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