Technique de laser ultrarapide révèle les interactions moléculaires dans les liquides

Des scientifiques de l'Université d'État de l'Ohio et de l'Université d'État de Louisiane ont démontré une nouvelle méthode pour observer le comportement moléculaire ultrarapide dans les liquides en utilisant la spectroscopie à harmonique élevée avec des impulsions laser à attosecondes. Cette recherche fournit un moyen d'étudier directement comment les molécules interagissent en solution à des échelles de temps extrêmement courtes.

L'équipe a abordé deux obstacles principaux à l'application de la spectroscopie à harmonique élevée aux liquides. Ils ont utilisé une feuille ultrafine de liquide pour minimiser l'absorption et permettre à la lumière harmonique de s'échapper, surmontant ainsi à la fois l'absorption forte et le mouvement moléculaire rapide qui entravent généralement de telles mesures.

Les expériences se sont concentrées sur des mélanges de méthanol et de divers halobenzènes. Parmi les combinaisons testées, seule l'association du fluorobenzène et du méthanol a entraîné une diminution marquée de la lumière émise et la suppression complète d'un signal harmonique spécifique.

Des simulations menées par les chercheurs ont indiqué que le fluorobenzène et le méthanol forment un arrangement de solvatation structuré par des liaisons hydrogène, qu'ils ont décrit comme une 'poignée de main moléculaire'. Cette interaction n'a pas été observée avec d'autres halobenzènes dans l'étude.

Ce que montrent les chiffres

• Des impulsions laser à l'échelle attoseconde ont été utilisées pour les mesures
• Résultats publiés dans PNAS en 2025
• Le mélange fluorobenzène-méthanol a montré une suppression complète d'une harmonique spécifique

Les modèles théoriques développés dans le cadre de l'étude ont montré que la structure de solvatation unique entre le fluorobenzène et le méthanol crée une barrière de diffusion des électrons. Cette barrière perturbe le processus de génération harmonique, expliquant à la fois l'harmonique manquante et la réduction de l'émission lumineuse globale observée dans les expériences.

Ce travail représente la première fois que la génération harmonique en phase solution a été utilisée pour révéler les interactions locales soluté-solvant dans les liquides. Cette approche permet aux chercheurs d'explorer la dynamique des molécules dans des environnements liquides avec une résolution temporelle sans précédent.

Les résultats ont été publiés dans les Actes de l'Académie nationale des sciences en 2025. La publication détaille à la fois les techniques expérimentales et l'analyse théorique qui ont conduit à ces résultats.

En démontrant que la spectroscopie à harmonique élevée peut fournir des informations sur la structure et la dynamique des molécules dans les liquides, l'étude ouvre de nouvelles possibilités pour l'investigation des processus chimiques en solution. La méthode pourrait être appliquée à une gamme de systèmes où la compréhension des interactions moléculaires ultrarapides est importante.

* Cet article est basé sur des informations publiquement disponibles au moment de la rédaction.