Escaliers quantiques pour assemblages complexes
– Groupe du Prof. Andreas Hauser et Dr Céline Besnard, Section de chimie et biochimie –
Avec une lumière bien choisie, certains cristaux peuvent circuler entre des niveaux énergétiques distincts comme on emprunte les escaliers. Sauf que dans le monde atomique, la hauteur des étages est gouvernée par des règles – dites quantiques – qui défient l’entendement... En quoi la mécanique quantique est-elle indispensable au chimiste?
Les propriétés des composés contenant des métaux de transition sont l’objet d’une attention croissante pour les applications technologiques avancées. Les recherches fondamentales en photochimie et photophysique menées depuis plus de 30 ans par le Prof. Andreas Hauser représentent, dans ce contexte, plus qu’une simple curiosité académique.
Au moyen d’outils sophistiqués de la spectroscopie de luminescence, le chercheur peut mettre en évidence des mécanismes subtils d’excitation et de désexcitation passant par des chemins quantiques insoupçonnés. Pour l’élucidation de la structure des cristaux qu’il étudie, il fait appel à la Dr Céline Besnard, dont la spécialité est de déterminer avec précision l’agencement tridimensionnel des atomes dans la maille cristalline, au moyen de la diffraction aux rayons X.
Les principes de la mécanique quantique sous-tendent tous les phénomènes observés par le Prof. Hauser à l’échelle moléculaire. Selon ces principes, les états d’énergie d’un système moléculaire ne peuvent prendre que des valeurs distinctes, et les transitions d’un état d’énergie à l’autre ne sont envisageables qu’en respectant des règles strictes ; par analogie dans notre monde macroscopique, la molécule ne peut pas gravir des étages (niveaux énergétiques) en montant dans un ascenseur qui parcourt son chemin de manière continue, mais uniquement en empruntant un escalier dont les marches sont d’inégales hauteurs. Plus encore, la molécule n’existe pas entre les marches, au même titre qu’il n’est pas possible de poser le pied entre deux barreaux d’une échelle !
Par le biais de leurs approches, les équipes de recherche élucident alors les relations existant entre les propriétés structurales, électroniques et énergétiques de composés complexes, à l’image de la structure cristalline contenant du zinc et du fer illustrée ici, ainsi que la dynamique des processus observés.
Références
- P. Chakraborty, C. Enachescu, A. Humair, L. Egger, T. Delgado, A. Tissot, L. Guénée, C. Besnard, R. Bronisz, A. Hauser. Light-induced spin-state switching in the mixed crystal series of the 2D coordination network {[Zn1-xFex(bbtr)3](BF4)2}: optical spectroscopy and cooperative effects. Dalton Trans. 2014, 43, 17786-17796. Disponible sur l'archive ouverte UNIGE.
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2 nov. 2017