L’IRM le plus précis du monde dévoile le champ magnétique d’un seul atome

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Une équipe internationale de chercheurs à IBM et à l'université féminine Ewha de Corée du Sud a créé une nouvelle technique d'imagerie par résonance magnétique (IRM) en détournant un microscope à effet tunnel afin d'observer le moment cinétique propre des électrons, appelé spin, et le champ magnétique induit, à l'échelle de l’atome individuel, à savoir avec une précision jamais atteinte auparavant. Cette prouesse est décrite dans le journal Nature Physics.

Schéma de la technique développée pour réaliser une IRM sur des atomes individuels. La pointe de la taille de quelques atomes d’un microscope à effet tunnel a été magnétisée en lui ajoutant du fer. Elle peut ainsi interagir avec le champ magnétique des électrons des atomes déposés sur une surface d’oxyde de magnésium. © Philip Willke et al.

Alors que l'IRM classique visualise le spin de milliards de noyaux d'hydrogène (protons) présents dans le corps humain, la technique développée par les chercheurs se base sur les électrons. Traditionnellement, le microscope à effet tunnel fonctionne par balayage d'une minuscule pointe conductrice sur un échantillon, révélant sa morphologie et sa densité grâce au courant passant entre eux. Les chercheurs ont utilisé ici une pointe magnétique pour étudier des atomes de fer et de titane déposés sur une surface d'oxyde de magnésium. Ils ont constaté que selon la pointe employée et l'atome sondé, un signal distinct pouvait être identifié, rendant ainsi possible de caractériser les échantillons. D'après ses inventeurs, la technique une fois appliquée aux molécules et aux nanomatériaux trouvera des applications en médecine pour développer de nouveaux médicaments en étudiant la structure des protéines, ou encore en informatique quantique pour le stockage de données.

Quatre images mettant en évidence le champ magnétique d’un même atome de titane obtenues par une technique d’imagerie combinant IRM et microscopie à effet tunnel. © Philip Willke et al.