Il y a plus de quatre-vingts ans, les oscillations de Rabi ont été proposées pour décrire le couplage fort et le transfert de population dans un système quantique à deux niveaux exposé à un champ moteur oscillatoire. Par rapport aux atomes, les molécules ont un degré de vibration supplémentaire, ce qui ajoute un bouton supplémentaire aux oscillations de Rabi dans les interactions lumière-molécule. Cependant, comment une telle oscillation de Rabi pilotée par laser lors de l’étirement des liaisons moléculaires détermine le spectre de libération d’énergie cinétique (KER) des fragments dissociatifs reste une question ouverte.
Dans un nouvel article publié dans Lumière : science et applications, une équipe conjointe de scientifiques, dirigée par le professeur Feng He de l’Université Jiao Tong de Shanghai et le professeur Jian Wu de l’Université normale de Chine orientale, a étudié les oscillations de Rabi dans une molécule d’étirement et découvert la dynamique de dissociation induite par un champ fort au-delà de la résonance bien acceptée. scénario de dissociation à un photon. Lors de la dissociation de l’ion moléculaire le plus simple de H2+, couplé au champ laser, l’électron saute entre les états 1sσg et 2pσu, formant les oscillations de Rabi.
Le paquet d’ondes nucléaires (NWP) créé par ionisation peut se propager alternativement le long des deux courbes d’énergie potentielle vers une distance internucléaire plus grande de manière monotone, appelée processus de roulement, ou peut se propager vers l’extérieur le long de la courbe 2pσu suivie de la propagation vers l’intérieur dans la courbe 1sσg et puis être relancé à nouveau à l’état 2pσu suivi d’une dissociation ultérieure, appelée processus de bouclage. Les voies de dissociation roulantes et en boucle conduisent à différents KER des fragments dissociatifs éjectés, qui ont été vérifiés en comparant des mesures expérimentales avec des résultats de simulation quantique.
Dans de nombreux domaines où les oscillations de Rabi ont été pleinement étudiées, comme l’optique quantique et les points quantiques, le champ laser externe est faible. Alors que dans la communauté ultrarapide et à champ fort, une forte impulsion laser femtoseconde est souvent utilisée pour induire les oscillations de Rabi et même pour observer la dynamique ultrarapide des atomes et des molécules à des échelles de temps femtoseconde. Ces scientifiques résument les oscillations de Rabi dans une molécule d’étirement :
« Notre explication basée sur le couplage du mouvement nucléaire et des oscillations de Rabi d’électrons est fondamentalement différente du scénario conventionnel d’adoucissement des liaisons à un photon. En utilisant le formalisme conventionnel de Floquet, différentes voies de dissociation ont été bien reconnues, et il est suggéré que des états vibrationnels inférieurs peut déborder les courbes d’énergie potentielle lorsqu’une impulsion laser motrice devient plus forte.Le formalisme de Floquet fonctionne bien lorsque le laser moteur est une onde continue, qui identifie sans ambiguïté les voies de dissociation du point de vue énergétique en payant la perte d’information temporelle. »
« Cependant, nous proposons un scénario fondamentalement différent sur les oscillations de Rabi pour explorer des processus dynamiques plus fructueux au-delà des études précédentes. Dans le scénario d’oscillation de Rabi, H2+ peut d’abord absorber un photon, puis transiter de l’état 1sσg à l’état 2pσu. population dans l’état 2pσu est plus grande que celle dans l’état 1sσg, H2+ dans l’état 2pσu peut émettre un photon et passer à l’état 1sσg, formant une oscillation Rabi complète. oscillations, le proton se terminera par l’absorption nette d’un photon, qui est similaire au scénario de ramollissement des liaisons uniquement du point de vue énergétique », ajoutent les chercheurs.
« Le scénario résolu en temps remplit une étape essentielle des oscillations de Rabi bien connues des atomes aux molécules, donnant naissance à une compréhension complète de la dissociation moléculaire par laser, en particulier l’éjection de fragments nucléaires lents. Le mécanisme de saut d’électrons présenté ici est général pour la dynamique de champ fort d’une molécule qui s’étire, ce qui a également des implications pour les processus moléculaires complexes, y compris les corrélations électronucléaires », expliquent les scientifiques.
Plus d’information:
Shengzhe Pan et al, Oscillations de Rabi dans une molécule d’étirement, Lumière : science et applications (2023). DOI : 10.1038/s41377-023-01075-9