Faits marquants scientifiques 2014

26 novembre 2014

Relier la structure spatio-temporelle des traces d’ionisation des ions lourds de hautes énergies dans l’eau liquide, et les rendements de chaque espèce chimique créée représente un enjeu pour la modélisation des effets des rayonnements de transfert d’énergie linéique (TEL) élevé, notamment dans le contexte nucléaire mais aussi en hadronthérapie. Le radical OH est l’espèce oxydante critique dans les processus chimiques qui suivent l’ionisation de la molécule d’eau. Il est formé dès la femtoseconde.

Les effets conjugués du TEL et de la température peuvent alors révéler, par effet de compétition, la structure dynamique des radicaux. Pour accéder à ces informations, un verrou expérimental a été levé en concevant une cellule optique à circulation supportant la température, la pression et laissant passer les ions de TEL élevé peu pénétrants. Une série d’expériences a été entreprise au GANIL en collaboration avec le CIRIL.

26 mars 2014

Les mouvements du groupement carbonyle du chromophore de la Photoactive Yellow Protein (PYP) ont été suivis pour la première fois par spectroscopie de dichroïsme circulaire (CD) femtoseconde, dans la gamme spectrale du proche ultraviolet. L’analyse quantitative des signaux CD montre qu’après l’absorption d’un photon, le groupement carbonyle du chromophore de PYP effectue un mouvement de rotation unidirectionnel ultra-rapide (<<0.8 ps), d’un angle de 17-53°. Pour le sous-ensemble de protéines qui n'entre pas dans le photocycle, l’analyse des signaux montre que le groupement carbonyle revient à sa position initiale pour former un état fondamental non-réactif de conformation trans qui restaure l'état fondamental initial en 3 ps.

02 juillet 2014

L'acte chimique élémentaire est souvent associé au franchissement d'un col : 2 réactifs se collisionnent, remontent le long de la surface d'énergie potentielle fondamentale, atteignent un point selle (col) puis dévalent une vallée vers les produits de la réaction. Le paysage se complique en présence d'excitation électronique car plusieurs surfaces de potentiels sont couplées, souvent via des intersections coniques (voir Fig.1). Les surfaces de potentiel sont très déformées à leur voisinage ce qui permet des échanges ultrarapides - ~100 fs=10‑13s, voire moins - entre énergie électronique et énergie de déformation. Le groupe de Dynamique Réactionnelle du LIDyL/LFP est très impliqué dans la clarification du rôle de ces intersections. Il associe pour cela des expériences de femtochimie pompe-sonde à des approches théoriques extrêmement raffinées.

Un résultat récent sur la 2-hydroxypyridineexcitée électroniquement révèle une dynamique surprenante (Ref. et Fig.1). La molécule est excitée vers l'état S1 (Fig.1, flèche mauve), au voisinage d'un point selle, dans une zone où la configuration électronique dominante est pp*. Le paquet d'ondes ainsi formé se déplace de part et d'autre de ce point selon des trajectoires schématisées par les spaghettis rouge ou brun portés sur la figure. Le départ de la zone d'excitation se fait en 100 fs environ, essentiellement via des déformations du cycle pyridine. Il est suivi d'un comportement plus lent (durée 1.3 ps), très probablement chaotique, quand les mouvements de l'hydrogène lié à l'oxygène se couplent aux autres déformations de la molécule. Le paquet d'onde entame alors un mouvement d'errance au cours duquel il s'étale dans des zones de configuration électronique np*. Ce comportement d'errance, plusieurs fois invoqué pour interpréter des expériences non résolues en temps, n'avait encore jamais été observé directement dans une expérience de femtochimie.

16 mai 2014

Un des objectifs de la physico-chimie est de suivre de façon fine et détaillée les chemins réactionnels des différents composants au cours d'une réaction chimique. Pour ceci de nombreuses techniques ont été mises en point : études en cellules, en jets effusifs ou supersoniques, spectroscopie laser, spectrométrie de masse…

Une technique originale "Cluster Isolated Chemical Reaction" (CICR) a été développée par le groupe de Dynamique Réactionnelle du LIDyL/LFP à des fins d'études de spectroscopie et de dynamique réactionnelle [1]. Elle consiste à observer ces réactions sur un nanoréacteur, constitué d'un simple agrégat de van der Waals. Elle a été récemment appliquée avec succès au cas d'une simple goutte d'hélium refroidie, qui constitue un milieu assez fascinant, car réunissant très basse température (0.37 K), superfluidité et taille finie. Cette taille finie permet de piéger et d'isoler un nombre contrôlé de molécules et de stabiliser des complexes intermédiaires de très faible stabilité. L'étude de telles molécules apporte des informations d'une très grande précision sur les surfaces de potentiel intramoléculaire, permettant d'améliorer la fiabilité des modèles associés.

26 novembre 2014

Relier la structure spatio-temporelle des traces d’ionisation des ions lourds de hautes énergies dans l’eau liquide, et les rendements de chaque espèce chimique créée représente un enjeu pour la modélisation des effets des rayonnements de transfert d’énergie linéique (TEL) élevé, notamment dans le contexte nucléaire mais aussi en hadronthérapie. Le radical OH est l’espèce oxydante critique dans les processus chimiques qui suivent l’ionisation de la molécule d’eau. Il est formé dès la femtoseconde.

Les effets conjugués du TEL et de la température peuvent alors révéler, par effet de compétition, la structure dynamique des radicaux. Pour accéder à ces informations, un verrou expérimental a été levé en concevant une cellule optique à circulation supportant la température, la pression et laissant passer les ions de TEL élevé peu pénétrants. Une série d’expériences a été entreprise au GANIL en collaboration avec le CIRIL.

26 mars 2014

Les mouvements du groupement carbonyle du chromophore de la Photoactive Yellow Protein (PYP) ont été suivis pour la première fois par spectroscopie de dichroïsme circulaire (CD) femtoseconde, dans la gamme spectrale du proche ultraviolet. L’analyse quantitative des signaux CD montre qu’après l’absorption d’un photon, le groupement carbonyle du chromophore de PYP effectue un mouvement de rotation unidirectionnel ultra-rapide (<<0.8 ps), d’un angle de 17-53°. Pour le sous-ensemble de protéines qui n'entre pas dans le photocycle, l’analyse des signaux montre que le groupement carbonyle revient à sa position initiale pour former un état fondamental non-réactif de conformation trans qui restaure l'état fondamental initial en 3 ps.

20 mai 2014

Un enjeu majeur pour l'étude des interactions laser-matière à ultrahaute intensité est de trouver des méthodes simples pour à la fois contrôler ces interactions, et les caractériser à de très petites échelles spatiales (micron) et temporelles (attoseconde à femtoseconde). Dans ce contexte, on montre comment, grâce à une mise en forme très simple d'un faisceau laser femtoseconde de haute puissance, on peut générer des 'réseaux plasmas' résistant à des impulsions laser ultraintenses, à la surface d'une cible initialement plane (lame de verre). En exploitant une technique d'imagerie par diffraction appelée ‘ptychographie’, ces réseaux plasma transitoires peuvent alors être utilisés comme objets diffractants pour reconstruire spatialement, en amplitude et en phase, le champ harmonique En(x) généré à la surface de la cible. Ces résultats dépassent largement les objectifs initiaux du projet initial.

Optically controlled solid-density transient plasma gratings,
S. Monchocé, S. Kahaly, A. Leblanc, L. Videau, P. Combis, F. Réau, D. Garzella, P. D’Oliveira, Ph. Martin, and F. Quéré, Phys. Rev. Lett. 112 (2014) 145008.

 

Voir aussi :

Ptychographic measurements of ultrahigh-intensity laser–plasma interactions
A. Leblanc, S. Monchocé, C. Bourassin-Bouchet, S. Kahaly & F. Quéré, Nature Physics (2015)
 

Contact CEA  : Fabien QUERE

 

 

08 février 2014

Les recherches sur l’interaction laser-matière à très haute intensité ont deux motivations principales : la compréhension, dans ce régime extrême, de l’interaction fortement non-linéaire entre lumière et matière et l'exploration de ses applications potentielles. Par une technique originale, les équipes de la collaboration proposent une méthode pour améliorer le couplage entre le faisceau intense de lumière incident et le plasma formé à la surface d'une cible solide. Plusieurs enjeux sont visés : obtenir des faisceaux de particules énergétiques [1], ou de nouvelles sources de lumière aux propriétés remarquables [2], pouvant fournir des flashs de rayons X ultrabrefs [3].

 

22 juillet 2014

Les propriétés des molécules flexibles sont fonction de leur forme et leurs applications intéressent de multiples domaines (médicaments, nouveaux matériaux…). Un enjeu majeur dans ce domaine est de pouvoir contrôler leur repliement pour in fine contrôler leurs propriétés. De nombreuses techniques existent pour caractériser les différentes conformations que peuvent adopter ces molécules flexibles, dont la spectroscopie IR. La présente étude, impliquant une équipe du LIDyL en collaboration avec deux équipes de l’Université Paris-Sud, porte sur une fonction chimique très appréciée dans la synthèse de molécules flexibles de forme contrôlée : la fonction hydrazide (–CO-NH-N<).

Les conformations des systèmes flexibles sont structurées en partie par l’hyperconjugaison (interaction stabilisante des électrons d’une liaison σ avec une orbitale vide adjacente) dont la mise en évidence expérimentale directe restait jusqu’à présent très limitée. Cette étude montre que la spectroscopie IR est extrêmement sensible aux effets d’hyperconjugaison se produisant au cœur des hydrazides, offrant ainsi un puissant diagnostic conformationnel.

En parvenant à caractériser ces effets sur des hydrazides, la spectroscopie IR ouvre ainsi des perspectives non seulement pour la caractérisation des conformations de nombreux systèmes flexibles, mais aussi pour l’étude plus fondamentale du concept d’hyperconjugaison et de sa modélisation.

26 novembre 2014

On décrit la réalisation et l’optimisation d’un dispositif original de doublement de fréquence large bande, d’impulsions ultra courtes (longueur d’onde de l’impulsion fondamentale 800 nm, durée FTL 45 fs). Le principe repose sur l’utilisation d’un rayonnement fondamental chirpé en fréquence, de fronts d’impulsion tiltés et d’une géométrie non colinéaire. La géométrie non colinéaire permet, avec un choix judicieux de l’angle entre les deux faisceaux à la fréquence fondamentale, de réaliser au premier ordre l’égalité des vitesses de phase et de groupe dans le cristal doubleur. Il en découle la possibilité d’employer des cristaux notablement plus épais qu’en géométrie colinéaire sans diminution du spectre en fréquence et par conséquent de réduire l’éclairement incident nécessaire pour atteindre un rendement de conversion donné. En limitant l’éclairement incident sur le cristal doubleur (ici LBO ou BBO), on peut éviter les processus non linéaires « parasites » d’ordre supérieur. On montre analytiquement que la durée du second harmonique (ici à la longueur d’onde de 400 nm) peut être sensiblement plus courte que celle de l’onde fondamentale. Expérimentalement, en bon accord avec les prévisions des simulations numériques, des impulsions de 30 à 35 fs à 400 nm (durée FTL après re-compression), avec un profil spatial d’excellente qualité ont été obtenues. Avec un cristal de LBO de 6 mm d’épaisseur et de 40 mm de diamètre, des énergies de l’ordre de 20 mJ par impulsion ont été atteintes sur LUCA à 400 nm. Le principe de la méthode peut a priori être étendu au cas du triplement voire du quadruplement de fréquence.



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