Quand le refroidissement laser perd la course face au chauffage-RF : possibilité de détection de molécules lourdes uniques
L'équilibre thermodynamique d'un nuage d'ions dépend de la compétition entre le refroidissement laser Doppler et le chauffage radio-fréquence, inhérent à ces pièges. En choisissant de confiner des nuages de plusieurs milliers d'ions avec des amplitude RF correspondant à des paramètres de Mathieu élevés (plus grand que 0,5), on fait en sorte que l'équilibre du nuage d'ions soit susceptible à une petite perturbation. Quand cette perturbation provient du passage d'une molécule unique chargée très lourde, on fait du nuage un détecteur de molécule unique, sans limitation supérieure de masse. C'est le coeur du projet GiantMol, où le signal de détection repose sur la variation, lors du passage de l’ion moléculaire, de la fluorescence induite par laser émise par le nuage d’ions lors de son refroidissement laser. Ce projet vise à apporter une solution nouvelle au domaine de la spectrométrie de masse de très grandes molécules (masse de l’ordre de ou supérieure à 1 MégaDalton) en particulier pour les applications biologiques (détection directe de virus, d'ADN, de protéines, …). En effet, cette spectrométrie est limitée en pratique à des masses de l’ordre de 1 MégaDalton par l’inefficacité des détecteurs de particules chargées aux très grandes masses.(voir ici).
Un prototype a été construit grâce à un premier soutien de la SATT-Sud-Est et il entre dans une 2eme phase de prématuration grâce au soutien de CNRS-Innovation.
Refroidissement au delà de la limite Doppler sans résolution des bandes latérales d'oscillation
Pour les ions de la famille du calcium, une méthode alternative de refroidissement fonctionne sur des ions uniques ou des chaînes d'ions en utilisant les mêmes lasers que ceux impliqués dans le refroidissement par bandes latérales mais sans avoir besoin de résoudre les bandes latérales ni d'être dans le régime de Lamb-Dicke. Un des intérêt de cette méthode, comparée à la méthode habituelle utilisant la transition de résonance, est de se passer de laser UV. Le schéma d'excitation implique la transition quadrupolaire et la plupart des photons sont diffusés dans le domaine bleu-proche-UV, ce qui conduit à une détection de fluorescence sur fond noir. Au niveau signal/bruit, l'absence de fond compense le plus faible nombre de photons diffusés que dans le schéma "classique". Une différence majeure avec le refroidissement par bandes latérales est que le recul associé aux photons des deux lasers intervient dans le refroidissement. Ceci est confirmé expérimentalement par comparaison de deux configurations où les impulsions des photons s'ajoutent ou se compensent selon la direction relative des deux lasers(voir ici).
Cette étude, à la fois théorique et expérimentale, a impliqué le groupe CIML et le groupe de Michael Drewsen (Aarhus)
