La Spectroscopie Térahertz

Une Spectroscopie THz-TDS à Haute Résolution pour profiter de la richesse de l'information des spectres en phase gazeuse

La gamme térahertz (THz) se distingue par sa sélectivité exceptionnelle envers les composés organiques volatils, dépassant même les performances de la gamme des empreintes infrarouge pourtant bien établie ([Smith, 2015]). Partant de ce constant, notre recherche vise à exploiter toutes les informations contenues dans les traces temporelles THz-TDS pour des applications de détection de gaz.
Un défi initial crucial était de démontrer que ces traces capturent réellement les informations spectrales haute résolution des échantillons gazeux, qui se caractérisent par de nombreuses raies spectrales. Les limitations traditionnelles déculent de la dépendance à la transformée de Fourier, affectant la résolution globale. Pour surmonter cette contrainte, nous avons mis en œuvre une méthodologie de super-résolution basée sur une approche de reconstruction contrainte ([Eliet, 2021]). Cette approche a permis une amélioration remarquable de la résolution par un facteur de 30, démontrant de manière concluante que les traces temporelles THz-TDS contiennent les informations haute résolution nécessaires pour une détection de gaz robuste.

Révéler les Secrets de la Dynamique de l'Eau avec la Spectroscopie THz

L'eau présente des propriétés uniques à l'état liquide, principalement en raison de son réseau complexe de liaisons hydrogène. Ces liaisons maintiennent ces molécules légères ensemble, les empêchant de passer à l'état gazeux. Comme pour tout matériau, la fonction diélectrique de l'eau est directement liée à la dynamique de ses charges internes. Pour les liquides polaires comme l'eau, la dynamique principale implique le mouvement des moments dipolaires des molécules individuelles.

Traditionnellement, le modèle de Debye, développé il y a près d'un siècle, décrivait cette dynamique à basse fréquence ([Debye, 1936]). Cependant, ce modèle repose sur plusieurs hypothèses clés : interactions négligeables entre les molécules d'eau, basses fréquences d'excitation par rapport à celle de leurs rotations, et omission de l'influence du réseau de liaisons hydrogène. Dans la gamme THz, toutes ces hypothèses s'effondrent, rendant la spectroscopie de l'eau THz à la fois scientifiquement intrigante et potentiellement importante pour la biologie moléculaire à travers l'étude des dynamiques moléculaires à l'échelle picoseconde.

Nos recherches actuelles se concentrent sur la conception d'expériences capables de fournir des mesures précises et reproductibles du spectre de l'eau THz sur une large plage de températures. De plus, nous collaborons avec des experts pour construire des modèles analytiques capables d'expliquer plus précisément le mouvement de l'eau à cette échelle de temps.

Phase Solide : révéler la Structure des Matériaux avec la Spectroscopie THz

La spectroscopie THz offre un outil précieux pour étudier la dynamique des matériaux solides à l'échelle picoseconde, comme dans les liquides et les gaz. Dans les solides organiques, elle sonde les vibrations collectives delocalisées à l'échelle nanométrique dans la structure. Comme démontré lors du débat historique entre Euler, d'Alembert et Bernoulli, il existe un lien entre la taille de l'objet et la fréquence de résonance, que l'on comrpend bien pour les instruments de musique. La spectroscopie THz exploite ce principe à l'échelle nanométrique, allant plus loin que la spectroscopie infrarouge conventionnelle, qui sonde principalement les liaisons moléculaires individuelles ou peu nombreuses.