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Des avancées dans la compréhension des propriétés magnétiques fondamentales de la matière

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Résumé

Des chercheurs du CRMN ont mis au point une méthode novatrice et simple pour mieux comprendre les propriétés magnétiques fondamentales de la matière... 

Publication du CRMN dans Science Advances le 30 avril 2021. Communication de l'Université Claude Bernard Lyon 1 le 19 mai 2021.

Description

 

En 1944, le physicien américain Isidor Isaac Rabi reçut le prix Nobel de physique pour la découverte (en 1938) de la résonance magnétique nucléaire (RMN). Ce phénomène repose sur une propriété intrinsèque des noyaux de certains atomes - comme l’hydrogène - appelée spin. Plus de 70 ans plus tard, les scientifiques continuent d’exploiter la RMN pour sonder la matière et le vivant par des méthodes de spectroscopie ou d’imagerie. L’application la plus emblématique étant certainement l’imagerie par résonance magnétique (IRM), qui permet d’obtenir des informations morphologiques in vivo.

Les recherches au Centre de RMN à Très Hauts Champ de Lyon (CRMN - Université Claude Bernard Lyon 1/CNRS/ENS de Lyon) ont justement pour objet de comprendre les aspects les plus fondamentaux de la RMN, afin d’étendre le champ d’observation des techniques de spectroscopie RMN, aussi bien dans les domaines de la physique et de la chimie que de la biologie.

L’une des limitations actuelles de cette technique de mesure réside notamment dans la faiblesse de sa sensibilité intrinsèque. Or, de récents travaux ont démontré que celle-ci pouvait être décuplée par des facteurs 10 000. Ces travaux ouvrent ainsi la voie à de nouvelles applications de la spectroscopie RMN, comme l’imagerie métabolique afin d’identifier in vivo des sites de fonctionnement anormal tels que des tumeurs, mais aussi de nombreux autres domaines d’application s’appuyant sur les propriétés magnétiques de la matière.

La méthode consiste à transférer la polarisation des spins électroniques aux spins des noyaux proches, puis à l’ensemble des noyaux par un phénomène dit de diffusion de spins – un transfert de proche en proche à la manière de la chaleur. Ces phénomènes de transfert sont d’une importance capitale mais restent mal compris, bien qu’ils soient étudiés depuis maintenant plus de 70 ans.

Dans une nouvelle étude dirigée par Sami Jannin, Professeur à l’Université Lyon 1 et Quentin Stern, doctorant au CRMN, les chercheurs ont développé une méthode novatrice et simple afin de mieux comprendre cette diffusion de spin nucléaire à proximité de l’électron et de la quantifier. En collaboration avec le National High Magnetic Field Laboratory (États-Unis), l’Université de Gothenburg (Suède) et l’Université de Liverpool (Royaume-Uni), les chercheurs ont démontré la polyvalence de leur technique sur une large gamme d’échantillons.

"L’intérêt de notre méthode réside notamment dans le fait qu’elle ne requiert pas la préparation d’échantillon spécifique, ou le développement d’outils complexes, et peut donc s’adapter à une large gamme d’expériences" souligne Sami Jannin.

Source : Direct observation of hyperpolarization breaking through the spin diffusion barrier. Stern, Q., Cousin, S. F., Mentink-Vigier, F., Pinon, A. C., Elliott, S. J., Cala, O., & Jannin, S. (2021). Science Advances, 7(18), eabf5735.

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