Dans une prouesse remarquable d'exploration scientifique, des chercheurs ont, pour la première fois, observé l'effet tunnel quantique dans des atomes de fluor. Cette découverte révolutionnaire, annoncée cette année, marque une avancée significative dans notre compréhension de la mécanique quantique et de ses applications en chimie.
L'effet tunnel quantique, un phénomène où les particules peuvent traverser des barrières énergétiques qu'elles ne devraient pas pouvoir surmonter, est généralement observé dans des particules plus petites comme les électrons. Cependant, des scientifiques de l'Université libre de Berlin, en collaboration avec des collègues en France, ont maintenant démontré cet effet dans les atomes de fluor. Cette percée ouvre de nouvelles voies pour contrôler les réactions chimiques et mieux comprendre la chimie des composés fluorés.
Le parcours de l'équipe a commencé par des expériences d'ablation laser, visant à étudier les métaux de transition. Ils ont remarqué un signal inattendu dans leurs spectres infrarouges, ce qui les a conduits à émettre l'hypothèse de l'existence d'un ion polyfluorure exotique. Grâce à d'autres expériences et simulations, ils ont confirmé que l'atome de fluor central dans l'ion polyfluorure était bien soumis à l'effet tunnel quantique. « Nous avons pu simuler tout l'anion, F, dans la cavité matricielle des atomes de néon. Et nous avons trouvé un accord entre l'expérience et la théorie », a expliqué Sebastian Riedel.
Cette découverte est particulièrement importante car le fluor est l'atome le plus lourd jamais observé présentant l'effet tunnel quantique dans une expérience chimique. Comme l'a noté Sebastian Kozuch de l'Université Ben-Gourion, en Israël, « C'est l'atome le plus lourd qui ait été observé en situation de tunnel dans une expérience de chimie ». La matrice de néon entourant la molécule joue un rôle crucial, créant une pression qui induit le processus de tunnel en abaissant la barrière énergétique.
Les implications de cette recherche s'étendent au-delà de la chimie fondamentale. Les composés fluorés sont largement utilisés dans les médicaments, les batteries et d'autres applications modernes. Cependant, leurs liaisons C-F très stables posent un risque de pollution. Une compréhension plus approfondie de la liaison du fluor, comme l'a souligné Riedel, est essentielle pour relever ces défis environnementaux. « Nous devons comprendre comment les liaisons fluorées peuvent être activées », a-t-il souligné.