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Record de vitesse de prise de vue pour filmer le nanomonde

ActualitéClassé sous :chimie , physique , nature photonics

Un groupe de chercheurs allemands est en train de développer une technique d'holographie qui devrait permettre à terme de réaliser de véritables films montrant le mouvement des molécules dans le nanomonde. Pour le moment, ils peuvent prendre des images séparées par seulement 50 femtosecondes. 

Ces 2 images (rouge et verte) d'une reproduction micrométrique de la porte de Brandebourg ont été réalisées à seulement 50 femtosecondes d'intervalle. © HZB/Eisebitt

À la fin du XIXe siècle, nombreux étaient ceux qui pensaient que la notion d'atome était non scientifique. Cela peut  paraître étrange de nos jours alors que nous observons des atomes depuis longtemps avec une variante du microscope à émission de champ, le Field ion microscope (FIM). Dès 1936, son inventeur, le physicien allemand Erwin Wilhelm Müller était déjà capable de faire des observations à l'échelle du nanomètre avec le Field Emission Electron Microscope (FEEM). Avec le FIM, Müller fut le premier au monde à observer des sortes de photographie d'atomes individuels en 1951. Il s'agissait d'atomes de tungstène.

Des impulsions laser ultrabrèves

Les chercheurs allemands du Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) et de la Technische Universität Berlin (TUB) sont visiblement les dignes héritiers de Müller puisqu'ils annoncent dans un article de Nature Photonics qu'ils sont parvenus à réaliser des prises de vue à une cadence d'une image toutes les 50 femtosecondes, en utilisant des impulsions de rayons X obtenues avec un laser ultrabref.

En effet, avec les impulsions fournies par le Free Electron LASer (Flash), ces physiciens sont en train de développer une technique d'holographie qui devrait leur permettre à terme de faire de véritables films de la dynamique moléculaire des réactions chimiques. On sait déjà prendre des photographies de ces mouvements comme les chercheurs de l'ESRF l'ont montré récemment avec des atomes impliqués dans des réactions de photosynthèse.

Un double hologramme

L'un des problèmes que les chercheurs ont eu à résoudre a été de trouver un moyen de séparer clairement 2 images prises à des échelles de temps de l'ordre de la femtoseconde et enregistrées sous la forme d'une sorte de « double hologramme ». Ils ont commencé par séparer une impulsion laser de rayons X en 2 faisceaux. Puis, grâce à des miroirs, ils ont fait suivre à l'un des faisceaux une route légèrement plus longue que celle de l'autre, afin qu'ils rencontrent l'objet à imager à des moments différents. Un décalage dans le temps de 0,00000000000005 seconde (10-14 s) entre les 2 faisceaux a ainsi été obtenu. Ensuite, un hologramme de l'objet a été constitué. Un traitement mathématique adéquat de ce « double hologramme » permet alors d'obtenir 2 images nettes, dans une succession temporelle correcte, avec un intervalle de prise de vue de 50 femtosecondes.

On en n'est pas encore à réaliser de véritables films à l'échelle moléculaire mais, en principe, cette technique peut être améliorée pour atteindre ce but.

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