06/06/2013 - Utilisation de la lumière pour voir l'intérieur des molécules

Menéame

Un travail de recherche mené par des chercheurs de la Université chinoise de science et de technologie (USTC), et qui a bénéficié de la collaboration de Javier Aizpurua, chercheur du DIPC et du Centre de physique des matériaux (CSIC-UPV/EHU), il a réussi pour la première fois à identifier et à voir une molécule organique unique avec une résolution de milieu nanomètre à l’aide de lumière. Selon Javier Aizpurua, collaborateur de l’enquête: "Nous avons été capables de regarder "dans" une molécule unique et d’identifier de quelle espèce il s’agit en utilisant simplement de la lumière". Ce résultat sans précédent a mérité sa publication dans la prestigieuse revue Nature, où il a également été mis en évidence par sa pertinence.

La lumière visible est une onde électromagnétique dont la longueur d’onde se situe entre 400 nanomètres (nm), le bleu et 750 nm, le rouge. En raison de ce que l’on appelle la limite optique de diffraction, il est impossible de "photographier" directement des objets d’une taille inférieure à la moitié de la longueur d’onde utilisée, c’est-à-dire inférieure à 200 nm. Pour atteindre cette limite, les spécialistes de Nanophotonique ont utilisé ces dernières années des particules métalliques qui agissent comme de minuscules antennes optiques, concentrant et augmentant la lumière du spectre visible sur l’échelle nanométrique. Mais même cette technique a ses limites et ses difficultés à visualiser des objets nanométriques.

Résolution optique sans précédent

Le groupe d’optoélectronique USTC dirigé par le Dr. Zhenchao Dong a réussi à battre toutes les limites. Combiné deux techniques expérimentales, Pour la première fois, ils ont pu "photographier" une molécule isolée unique avec une résolution inférieure à un nanomètre.. La combinaison de la technique de la microscopie à effet tunnel (STM) dans des conditions à ultra-haut vide et à basse température, avec la technique de spectroscopie Raman augmentée par surface, qui agit sur la molécule située à la pointe du microscope, est celle qui a permis d’obtenir cette résolution sans précédent.

En passant la pointe du microscope sur la molécule, le signal de Raman émis à chaque point permet d’identifier l’empreinte vibratoire de la molécule de telle sorte qu’en plus de regarder "dans" la molécule, il est possible simultanément d’identifier de quelle molécule il s’agit. Javier Aizpurua explique que "C’est comme regarder "dans" la molécule et prendre ses empreintes digitales.".

Ce niveau de résolution, auparavant, n’avait été possible qu’en utilisant des électrons comme sondes, mais dans cette recherche ce sont les photons de la lumière visible qui obtiennent le miracle d’identifier une molécule, battant toutes les limites de diffraction optique connues.

Les résultats de ce travail ouvrent la porte à l’identification directe des molécules lorsque leur concentration est très faible, ou même lorsqu'il y a une seule molécule isolée. Cette nouvelle capacité stimule un large éventail d’applications technologiques potentielles, telles que la biosensorique, pour l’analyse des chaînes moléculaires, en sécurité, pour la détection des substances dangereuses, ou en santé publique pour le contrôle de la qualité des aliments, entre autres.

Publication de référence:

Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering. R. Zhang, Y. Zhang, Z. C. Dong, S. Jiang, C. Zhang, L. G. Chen, L. Zhang, Y. Liao, J. Aizpurua, Y. Luo, J. L. Yang, and J. G. Hou. Nature 498, 82-86 (2013). DOI: 10.1038/nature12151

Image:

Lumière (verte) incitant dans une cavité optique, qui est augmentée par l’effet antenne (lumière rouge), ce qui permet de voir et d’établir une carte des vibrations d’une molécule (ombre sous la molécule) avec une résolution sans précédent. / DIPC et al.

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CSIC / UPV/EHU

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