2.1.4. L'étude de la dynamique moléculaire
par diffusion quasi-élastique
La diffusion quasi-élastique des neutrons (QENS) est
une technique très performante pour étudier les mouvements
diffusifs qui présentent des temps caractéristiques allant de la
nano- à la picoseconde, correspondant à des transferts en
énergie E allant de 1 ?eV à 1 meV. Il s'agit de mouvements
individuels tels que les mouvements de translation et de rotation des
molécules dans les liquides, la rotation de groupements chimiques ou de
molécules dans des phases solides désordonnées....
L'apparition des sources de neutrons froids a permis de
concevoir des spectromètres spécialement adaptés à
l'étude des mouvements diffusifs : les spectromètres à
temps de vol (TOF), à rétrodiffusion (BS) et à écho
de spin (NSE). Les spectromètres TOF et BS mesurent essentiellement la
diffusion incohérente dans les systèmes hydrogénés,
et donc les déplacements individuels des atomes, c'est-à-dire
leur diffusion et/ou leur rotation. Le spectromètre NSE, en revanche,
permet de mesurer la diffusion cohérente, qui donne accès
à la dynamique collective des molécules.* Le
schéma ci-dessous présente les échelles de longueur et de
temps accessibles par le TOF, le BS et le NSE. La bonne
complémentarité de ces trois instruments permet ainsi une
étude complète d'un système sur différentes
échelles de temps allant de la picoseconde à la nanoseconde.
(Figure 12) Dans le cadre de cette étude, nous nous limiterons aux
spectromètres à temps de vol (TOF) et à
rétrodiffusion (BS) qui correspondent aux échelles de temps
caractéristiques de nos systèmes eau/sucre.
* Le spectromètre NSE mesure en réalité
la différence entre la diffusion cohérente de spin et la
diffusion incohérente de spin pondérée d'un
facteur -1/3. Il est alors possible, pour des systèmes ne
présentant pas un taux d'incohérent trop
élevé de mesurer la diffusion cohérente de spin.
Figure 12 : Représentation schématique des
échelles de longueur et des échelles de temps accessibles avec
les techniques de diffusion de la lumière ou de neutrons (TOF, BS et
NSE) et les techniques spectroscopiques (RMN et diélectrique).
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