Le Prix Nobel de physique 2023 lié à la page études sur les électronsNous remercions Pierre Agostini (Ohio State University), Ferenc Krausz (Max Planck Institute of Quantum Optics) et Anne L’Huillier (Lund University). des implications potentielles également dans l’industrie des semi-conducteurs.
Les trois chercheurs ont été récompensés par le prestigieux prix de l’Institut des sciences de la vie de l’Union européenne. méthodes expérimentales qui a donné au monde « de nouveaux outils pour explorer le monde des électrons dans les atomes et les molécules« . Agostini, Krausz et L’Huillier ont démontré un moyen de créer des impulsions lumineuses extrêmement courtes qui peuvent être utilisées pour mesurer les processus rapides qui conduisent au mouvement ou au changement d’énergie des électrons.
Pour mieux expliquer de quoi il s’agit, l’Académie suédoise a utilisé l’exemple de la colibr. « Un minuscule colibri peut battre des ailes 80 fois par seconde. Nous ne percevons qu’un vrombissement et un mouvement flou. Pour les sens humains, les mouvements rapides sont flous et les événements extrêmement brefs sont impossibles à observer. Nous devons recourir à des astuces technologiques pour capturer ou représenter ces très brefs instants« .
Les lauréats de cette année ont mené des expériences qui ont démontré une méthode de production d’impulsions lumineuses suffisamment courtes pour permettre aux chercheurs d’obtenir des résultats satisfaisants. de capturer des images de processus à l’intérieur des atomes et des molécules. Plus précisément, ces impulsions agissent comme une lumière stroboscopique, éclairant les électrons pendant qu’ils se déplacent et permettant de les étudier.
L’échelle de temps naturelle des atomes est incroyablement courte. Dans une molécule, les atomes peuvent se déplacer en millionièmes de milliardièmes de secondes, femtosecondes. Ces mouvements peuvent être étudiés avec les impulsions les plus courtes jamais produites par un laser. Le problème que pose la ce n’est pas suffisant si l’on veut étudier les électrons se déplaçant dans les atomes ou les molécules.
Dans le monde des électronsles positions et les énergies changent à des vitesses comprises entre une et quelques centaines d’attosecondes, une attoseconde étant un milliardième de milliardième de seconde.. « Une seconde si courte que leur nombre en une seconde est égal au nombre de secondes qui se sont écoulées depuis la naissance de l’univers, il y a 13,8 milliards d’années.rapporte l’Académie.
La femtoseconde a longtemps été considérée comme la limite des impulsions lumineuses pouvant être produites, et les améliorations des technologies existantes ne suffiraient pas pour aller plus loin. Les expériences d’Agostini, Krausz et L’Huillier ont ouvert un nouveau champ de recherche de la physique de l’attoseconde.
Les impulsions des attosecondes permettent de mesurer le temps nécessaire à l’arrachement d’un électron à un atome.et d’examiner comment le temps nécessaire dépend du degré de liaison de l’électron au noyau de l’atome.
possible reconstruire comment la distribution des électrons fluctue d’un côté à l’autre ou d’une position à l’autre dans les molécules et les matériaux ; auparavant, leur position ne pouvait être mesurée qu’en moyenne. Les impulsions attosecondes peuvent être utilisées pour tester les processus internes de la matière et pour identifier différents événements.
Ces impulsions ont été utilisées pour explorer la physique détaillée des atomes et des molécules. des applications potentielles dans des domaines allant de l’électronique à la médecine. En électronique, ils permettront de comprendre et de contrôler le comportement des électrons dans un matériau.
Par exemple, des impulsions attosecondes peuvent être utilisées pour pousser des molécules, qui peuvent émettre un signal mesurable. Le signal émis par les molécules a une structure particulière, une sorte d’empreinte digitale qui révèle de quelle molécule il s’agit.
Pour aller un peu plus loin, en 1987, Anne L’Huillier a constaté que beaucoup d’hypertones plusieursde lumière ont été formés en transmettant la lumière laser infrarouge à travers un gaz noble. Chaque hyperton est une onde lumineuse avec un nombre donné de cycles pour chaque cycle de la lumière laser. Il s’agit de causées par l’interaction de la lumière laser avec les atomes du gaz; elle fournit à certains électrons une énergie supplémentaire qui est ensuite émise sous forme de lumière. Anne L’Huillier a continué à explorer ce phénomène, jetant les bases de découvertes ultérieures.
En 2001, Pierre Agostini succède à un de produire et d’étudier une série d’impulsions lumineuses consécutives, chaque impulsion ne durant que 250 attosecondes. À la même époque, Ferenc Krausz travaillait sur un autre type d’expérience, qui isolait le une seule impulsion lumineuse d’une durée de 650 attosecondes.
« Nous pouvons maintenant ouvrir la porte au monde des électrons. La physique actuarielle nous offre la possibilité de comprendre les mécanismes régis par les électrons. L’étape suivante consistera à les utilisera déclaré Eva Olsson, présidente du comité Nobel de physique.
Au cours des dernières décennies, les travaux des nouveaux lauréats du prix Nobel ont été affinés, ce qui a permis d’étudier le mouvement des électrons autour des noyaux des atomes. Des impulsions de quelques dizaines d’attosecondes peuvent désormais être produites, mais l’objectif est d’aller plus loin.
Agostini, Krausz et L’Huillier ont reçu 11 millions de couronnes suédoises, soit environ 950 000 euros, répartis à parts égales.
