Dynamique électronique attoseconde dans les molécules organiques isolées par la spectroscopie ‘core-hole clock’ – ATTOMEMUCHO

L’endommagement au radiation de l’acide désoxyribonucléique (ADN) dans une cellule vivante peut avoir lieu après absorption d’un rayonnement X directement par la molécule d’ADN formant des lacunes en couche interne ou indirectement via l’ionisation des molécules d’eau proches de la molécule d’ADN. Dans ce cas, l’endommagement de l’ADN est causé par les radicaux OH et les électrons formés par des réactions en cascade et des processus d’ionisation secondaires. En plus du mécanisme largement accepté de transfert de charge à travers l’empilement de bases d'ADN, il a été récemment démontré que ce transfert peut se produire à travers un squelette d'ADN périodique. A ce jour, le rôle de l'interaction entre celles mécanismes de transfert d'électrons dans l'ADN reste inconnu.

La délocalisation des électrons dans des structures périodiques est donc d'une grande importance en optoélectronique, où le transfert de charge dans les polymères organiques est la question clé pour l'efficacité des dispositifs photovoltaïques organiques (cellules solaires). Dans les polymères conjugués, la conduction électrique est assurée par les électrons p délocalisés sur plusieurs atomes de carbone du squelette du polymère, ainsi que par des interactions inter-chaînes. Cependant, le rôle de l’ordre de la chaîne du polymère dans des films orientés pour le transfert d'électrons reste largement inexploré.

Le projet aborde le problème de dynamique électronique dans les molécules organiques - un sujet d'une grande importance fondamentale se trouvant à l'interface de la physique, la chimie et la biologie. Malgré la diversité des applications – depuis l’endommagement aux radiations induit dans des biomolécules jusqu’à l'efficacité des cellules solaires organiques polymères - le problème global peut se résumer à un objectif scientifique commun de développer l'approche multi-facettes concernant l’origine du traçage dynamique ultrarapide de délocalisation des électrons dans les systèmes moléculaires complexes dans différents environnements.

Les objectifs de ce projet s’ajoutent à la mise au point d'une méthode générale pour l'observation et le contrôle de la dynamique des électrons dans les molécules organiques dans le domaine spectral. L'ambition de ce projet est d'explorer et de pousser le modèle de la spectroscopie dans laquelle la lacune en couche interne est utilisée comme une horloge interne vers les mesures de délocalisation électronique et le transfert d’électrons de molécules organiques placées dans différents environnements.

La performance instrumentale exceptionnelle du spectromètre HAXPES en combinaison avec la bande passante très étroite de la ligne de lumière GALAXIES du synchrotron SOLEIL n’a jusqu'à présent aucun analogue dans le monde et fournit ainsi des possibilités sans précédent pour effectuer la spectroscopie électronique à haute énergie et à haute résolution dans le domaine des rayons x durs pour les systèmes dilués, les échantillons solides, ainsi que récemment, dans des micro-jets de liquide. Nous proposons donc un programme de travail complet exploitant la pleine capacité de la station expérimentale HAXPES.

La partie du projet en phase liquide repose sur la récente percée dans la spectroscopie des rayons X durs. Une autre partie du projet, liée à des études en phase gazeuse de grandes biomolécules, stimule un développement instrumental prometteur, qui peut intéresser une communauté scientifique plus large. Le caractère exploratoire du programme de recherche proposé crée des défis à la fois pour les techniques expérimentales et les approches théoriques. Les objectifs scientifiques ambitieux conduisent à un développement instrumental ainsi qu’au développement des méthodes de calcul plus sophistiquées nécessaires à l'interprétation des résultats expérimentaux complexes. L'impact sociétal du projet réside dans des implications possibles en matière de santé et de la technologie.