Dynamique interne des complexes de van der Waals sondée par spectroscopie infrarouge haute résolution en jet supersonique

Internal dynamics of van der Waals complexes probed by high resolution infrared spectroscopy in supersonic jet

• Auteur / Autrice : Yacine Belkhodja
• Direction : Pierre Asselin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-Physique
• Date : Soutenance le 02/10/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : De la molécule aux nano-objets : réactivité, interactions et spectroscopies (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Carniato
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lam Nguyen, Jérôme Loreau, Anne Zehnacker-Rentien
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Mons, Clément Lauzin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectres de rotation-vibration

Dynamique moléculaire

Spectroscopie laser

Forces de Van der Waals

Mots clés libres

Complexe de van der Waals

Spectroscopie haute résolution

Dynamique interne

Jet supersonique

Couplage de Coriolis

Complexes faiblement liés

Spectroscopie laser

Chimie quantique

Van der Waals complexes

High resolution spectroscopy

Internal dynamics

Supersonic jet

Coriolis coupling

Laser spectroscopy

Jet supersonique

Résumé

Dans cette thèse les résultats de d’études expérimentales de spectroscopie laser infrarouge haute résolution en jet supersonique de plusieurs complexes faiblement liés impliquant la molécule d’ammoniaque ou d’eau et un gaz rare sont présentés. Le spectromètre SPIRALES utilisé pour la réalisation des études expérimentales est également décrit dans le détail. Il allie une source laser à cascade quantique et un jet supersonique pulsé. La sensibilité du montage est due au couplage de la source laser avec une cavité optique multipassage astigmatique qui permet l’augmentation de la longueur de parcours du la source laser avec le jet. Les complexes étudiés dans les travaux de thèses présentés sont liés par des interactions de van Waals et sont décrits comme des systèmes pseudo-diatomiques. La série des complexes de van der Waals de la molécule d’ammoniaque avec les gaz rares (Ne, Ar, Kr et Xe) a été étudiée dans le mode ν2 parapluie de la molécule d’ammoniaque. Les transitions du système sont attribuées à l’aide de calcul Ab Initio des états rovibrationnels basé sur une surface d’énergie potentielle à quatre dimensions. Le dédoublement tunnel provoqué par le potentiel d’inversion parapluie à double puits est également caractérisé et discuté. Le couplage de Coriolis existant dans les complexes NH3-GR est analysé pour toute la série de complexe. Le complexe de van der Waals binaire formé par la molécule d’eau et l’atome du Krypton a été étudié dans le mode de pliage ν2. Les spectres sont analysés à l’aide des Hamiltoniens pseudo-diatomique

In this thesis the results of experimental studies of high resolution infrared laser spectroscopy in supersonic jet of several weakly bound complexes involving the ammonia or water molecule and a noble gas are presented. The SPIRALES spectrometer used for the experimental studies is also described in detail. It combines a quantum cascade laser source and a pulsed supersonic jet. The sensitivity of the setup is due to the coupling of the laser source with an astigmatic multipass optical cavity which allows the increase of the path length of the laser source with the jet. The complexes studied in the present thesis are bound by van Waals interactions and are described as pseudo-diatomic systems. The series of van der Waals complexes of the ammonia molecule with the noble gases (Ne, Ar, Kr, and Xe) has been studied in the ν2 umbrella mode of the ammonia molecule. Transitions in the system are assigned using Ab Initio calculation of rovibrational states based on a four-dimensional potential energy surface. The tunneling splitting caused by the double-well umbrella inversion potential is also characterized and discussed. The Coriolis coupling existing in NH3-GR complexes is analyzed for the entire complex series. The binary van der Waals complex formed by the water molecule and the Krypton atom has been studied in the ν2 folding mode. The spectra are analyzed using pseudo-diatomic Hamiltonians. The Coriolis coupling is also discussed. The obtained results are compared to the studies performed for the H2O-Ar complex.