Electronic Spectroscopy of Small Molecules
Amanda Ross and Jérôme Morville
Discrete and characteristic spectral signatures not only identify the species present in a samle, they can also reveal the electronic structure associated with quantized molecular energy levels. By analysing the light absorbed by moleules, or the light they emit after optical (laser) excitation, we study molecular bonding as a function of vibrational, rotational or electronic excitation. This provides invaluable benchmarks for theoretical chemistry.
Example : Fourier transform spectrum of NiH, taken at 0.7 Tesla, showing partially resolved Zeeman structure.
We are particularly interested in the electronic transitions of transition metal hydrides seen in the atmospheres of cool stars. The Zeeman effect in these small molecular radicals, where rotational structures are partially resolved, can offer a useful diagnostic for magnetic field in L and M dwarf stars. The Zeeman patterns are complex, and non-trivial to model; reliable laboratory data are needed to analyse data coming from high-resolution instruments mounted on Earth-based telescopes.
We use a variety of optical techniques to record high-resolution spectra, developing laboratory-scaled instrumentation to produce molecules and radicals of interest with visible and near-IR laser sources. Our preferred methods include laser induced fluorescence, and absorption and emission techniques, often used in conjunction with Fourier transform spectrometry. Identifying and understanding the intensity patterns in the spectra gives insight into the electronic structure in ground and excited states.
More about the electronic structure of NiH and NiD
More about signatures of FeH and CrH in cool stars
Spectroscopie électronique haute résolution de petites molécules
Amanda Ross et Jérôme Morville
Les signatures spectrales permettent d'identifier et quantifier des espèces présentes dans un échantillon; elles révèlent aussi la nature des liaisons entre les atomes constituants à travers les raies discrètes caractéristiques des transitions entre niveaux quantiques moléculaires. En analysant la lumière absorbée par les molécules, ou la lumière émise après excitation optique, on remonte à la structure électronique moléculaire en fonction de l'excitation vibrationnelle, rotationnelle et de spin. De telles informations donnent des jalons incontournables pour les méthodes de la chimie quantique.
Example : Fun spectre de fluorescence de NiH, enregostré à 0.7 Tesla, avec structures Zeeman partiellement résolues.
Nous nous intéressons particulièrement à la structure détaillée des transitions électroniques dans des hydrures de métaux de transition, des radicaux moléculaires qui sont observés dans l'atmosphère des étoiles froides. L'effet Zeeman dans des molécules MH, où les structures rotationnelles peuvent encore être résolues, peut offrir un diagnostic utile pour le champ magnétique dans les étoiles M et L, en permettant l'inversion de spectres enregistrés aux instruments haute résolution associés aux télescopes terrestres.
Nous employons des techniques de spectroscopie laser d'absorption et émission dans l'infrarouge proche et visible, principalement sur des dimères métalliques, et des espèces MX formées par réaction en phase gaz. La fluorescence induite par laser résolue (enregistrée par un spectromètre à transformée de Fourier commercial) est à la base de nombreuses études, permettant une sélectivité dans l'excitation (grâce à des lasers monofréquences et accordables) et donnant un regard parfois très complet sur des états électroniques excités.
Un article avec plus de détail sur la structure électronique de NiH et NiD
Un article avec plus de détail sur la détection dans le visible de FeH et CrH dans des étoiles froides