Il a fallu exactement 0,0000000005 seconde pour que cette découverte change la science à jamais

Des impulsions ioniques ultra-courtes pour observer les réactions chimiques en temps réel.

Une équipe de recherche de l’Université Technique de Vienne (TU Wien) vient de réaliser une découverte qui pourrait s’avérer être capitale pour l’observation des surfaces, avec une technique permettant de générer des impulsions ioniques de moins de 500 picosecondes (unité de temps égale à un millième de milliardième de seconde). Cette avancée ouvre des perspectives sans précédent pour l’analyse en temps réel de réactions chimiques et d’autres processus rapides à la surface des matériaux.

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Une découverte fondamentale pour l’étude des réactions chimiques

Jusqu’à présent, l’utilisation de faisceaux d’ions pour examiner, nettoyer ou modifier des surfaces ne permettait que d’observer les résultats finaux des réactions. La nouveauté de cette technique réside dans sa capacité à suivre le déroulement temporel des impacts, grâce à la création d’impulsions ioniques extrêmement courtes. Ces impulsions, moins longues que 500 picosecondes (soit 0,0000000005 seconde) permettent d’observer les mouvements des particules avec une précision jamais atteinte, offrant ainsi une vue détaillée des réactions chimiques au moment où elles se produisent.

Un point de rupture technologique vient d’être franchi avec cette découverte d’un nouveau mécanisme de partage d’énergie pour les semi-conducteurs

Le mécanisme derrière la percée

Le processus débute par un pulse laser qui frappe une cathode, libérant des électrons. Ces derniers sont accélérés vers une cible en acier inoxydable, où se concentrent des atomes comme l’hydrogène et l’oxygène. Lors de l’impact, certains de ces atomes se libèrent et sont ionisés. Des champs électriques sont ensuite utilisés pour sélectionner précisément et diriger ces atomes ionisés sous forme de pulse ionique concentré vers la surface analysée.

Contrôle précis et implications futures

Cette innovation permet de contrôler avec une précision extrême le moment de génération et d’impact du pulse ionique. Cela facilite l’exploration des surfaces lors de différentes phases d’une réaction chimique, tout cela à l’échelle picoseconde. En se focalisant initialement sur les protons, cette technique pourrait être adaptée pour d’autres ions, tels que le carbone et l’oxygène, et même pour des ions neutres ou chargés négativement.

Vers des impulsions encore plus courtes ?

Les développements futurs visent à raccourcir encore la durée des impulsions ioniques. L’utilisation de champs électromagnétiques spécialement conçus pourrait améliorer davantage les capacités d’analyse ultra-rapide de surfaces. Cette technique, associée à des technologies actuelles comme la microscopie électronique ultra-rapide, offre de nouvelles voies pour comprendre la chimie et la physique des surfaces.

Complémentarité avec les méthodes existantes

Cette technique ne vient pas remplacer, mais plutôt compléter les méthodes existantes telles que la spectroscopie laser ultra-rapide. Elle offre aux chercheurs des outils supplémentaires pour déchiffrer la dynamique complexe des processus physiques qui étaient jusqu’alors trop rapides pour être observés.

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Cet article revient sur une avancée majeure dans le domaine de l’examen des surfaces : la génération d’impulsions ioniques de moins de 500 picosecondes. Cette technique permet une observation en temps réel de phénomènes jusqu’alors invisibles, ouvrant des perspectives fascinantes pour la recherche future dans la chimie et la physique des surfaces.

Source : the American Physical Society

Photo : David Rath, TU Wien, IAP