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RMN : le magnétique vire à l'optique pour des précisions inégalées

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La résolution des appareils d'instrumentation par résonance magnétique nucléaire (RMN) pourrait être considérablement améliorée par l'utilisation du faisceau laser.

On fait passer la lumière polarisée d'un laser à travers un échantillon d'eau ou de Xénon liquide : il existe un lien entre le moment de spin des noyaux atomiques de l'échantillon et la rotation du plan de polarisation de la lumière.

La plupart des systèmes de mesure par résonance magnétique nucléaire fonctionnent en plaçant l'échantillon à analyser dans un champ magnétique, qui provoque l'orientation des spins des noyaux atomiques dans la même direction. La fréquence d'oscillation des spins autour de cette direction nous renseigne sur la molécule visée et son environnement.

Simple, efficace, bien connue et largement exploitée notamment pour l'exploration médicale, la RMN actuelle (terme passé dans le langage courant) a cependant une limite : le moment magnétique de spin est trop faible pour être détecté individuellement, c'est pourquoi l'ensemble des spins sont alignés simultanément en appliquant une impulsion « collective » à l'aide d'un aimant. Le retour à l'équilibre de tous les noyaux en l'absence d'impulsion entraîne alors la création d'un champ magnétique qui provoque en retour un courant électrique d'oscillation dans l'aimant. Puis, on mesure. La précision est faible : pas au-delà de 100 microns.

La nouvelle méthode développée par le physicien Michael Romalis et ses collègues de l'université de Princeton, dans le New Jersey, exploite un laser, en mesurant l'effet de rotation du plan de polarisation du faisceau(1) lors de la traversée de l'échantillon.

Plus précis d'un facteur 100

Utilisant la lumière polarisée d'un laser passant dans un échantillon liquide, les chercheurs, plutôt que de travailler sur les variations de fréquence des signaux du spectre RMN, mesurent comment les spins nucléaires entraînent une rotation du plan de polarisation du faisceau. Cette technique, connue sous le nom de NSOR pour « nuclear spin optical rotation », a pu être expérimentée avec un échantillon composé d'eau puis de xénon liquide (129Xe). Les chercheurs ont constaté que la rotation de la polarisation de la lumière était corrélée avec l'alignement des spins.

Plusieurs avantages à cette nouvelle méthode. La précision est améliorée jusqu'à un facteur 100, du fait de l'utilisation d'un faisceau laser dont la résolution peut aller jusqu'au micron. Le principe est adapté pour des noyaux lourds, qui offrent un spectre en général pauvre en RMN classique. Enfin, cela ouvre la possibilité de cartes médicales tridimensionnelles par l'utilisation du proche infrarouge, qui pénètre bien les tissus.

(1) "Optical detection of liquid-state NMR", M Savukov, S-K Lee and M V Romalis, Nature 442 - 1021

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