Contrôle quantique

Les forces électromagnétiques sont au cœur de la chimie. Les champs produits par les atomes et leurs alentours sont à l’origine de la dynamique des réactions chimiques. Les dernières avancées de la technologie laser permettent de créer des impulsions aux intensités de champ comparables à celles des liaisons chimiques. Qui plus est, l’échelle de temps à l’intérieur de laquelle le laser peut être manipulé se compare à la dynamique des réactions chimiques mêmes. Voilà pourquoi il est maintenant possible de contrôler directement les atomes et les molécules en se servant de champs laser externes.

Effet Stark dynamique

L’effet Stark dynamique non résonant (NRDSE) permet des manipulations réversibles non perturbatrices des systèmes quantiques. Le NRDSE contraste avec les transitions perturbatrices habituelles, où il y a absorption d’un photon et excitation correspondante du système quantique à un état supérieur. Dans le domaine des champs électriques statiques, le changement d’état de l’énergie s’appel effet Stark dynamique. Si le champ oscille à très basse fréquence, les changements de niveaux suivent le champ de façon adiabatique. Toutefois, à haute fréquence et dans certaines conditions, les états propres ne suivent pas le champ électrique instantané, mais se stabilisent, suivant seulement l’enveloppe d’intensité du champ. Dans un sens, un changement de NRDSE ressemble à un champ de courant continu, en raison de l’insensibilité du changement de niveau à la fréquence du champ. Toutefois, le net avantage est que l’intensité de champ accessible est bien supérieure aux impulsions ultrarapides de courant alternatif.

Alignement rotationnel

Étant donné que les molécules ne sont pas sphériquement symétriques, l’orientation des molécules qui s’entrechoquent est importante pour déterminer les réactions chimiques produites. De plus, l’orientation moléculaire des réactions photoinitiées influe sur les éléments de la matrice de transition lorsque la lumière est polarisée. L’alignement des axes moléculaires permet de contrôler les influences géométriques et d’écarter la moyenne rotationnelle intrinsèque des mesurent types, en permettant d’intégrer le cadre moléculaire, siège des processus moléculaires, au cadre du laboratoire où sont prises les mesures. Cela favorisera de nouvelles façons d’étudier la structure et la dynamique moléculaires, où l’orientation moyenne du cadre moléculaire se traduit par une perte d’information importante. La spectroscopie photoélectronique à résolution dans le temps, la diffraction des rayons X à résolution dans le temps, la diffraction des électrons et l’explosion de Coulomb de durée limitée sont de bons exemples.

Contrôle des vibrations

On considère d’habitude les réactions chimiques comme un transit sur une surface d'énergie potentielle. La réaction commence avec le réactant, puis progresse jusqu’aux produits en suivant la coordonnée de la réaction selon la barrière de réaction. Les catalyseurs moléculaires modifient les taux de réaction chimique en appliquant des forces qui modifient la barrière de réaction.
Étant donné les forces inhérentes à toute réaction chimique, il est également possible de manipuler cette barrière en utilisant le champ électromagnétique d’un laser. Le contrôle quantique peut être considéré comme un processus chimique où la lumière sert de réactif photonique, l’ajout de photons faisant partie de la réaction. Dans ce cas, nous recourons à l’effet Stark dynamique non résonant pour utiliser la surface d'énergie potentielle comme s’il s’agissait d’un catalyseur photonique, où les photons déterminent la surface d'énergie potentielle selon un processus appelé contrôle Stark dynamique (DSC). Le principe du catalyseur photonique est encore plus valable si l’on considère qu’il n’y a pas de changement net du nombre de catalyseurs photoniques où, comme dans le cas d’un catalyseur chimique, ils ne sont pas consommés.

Information pertinente

Instituts:

• Institut Steacie des sciences moléculaires du CNRC