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Univ. Paris-Saclay
Spectroscopie locale par résonance magnétique nucléaire à l'aide de capteurs à Magnétorésistance Géante
Pierre-André Guitard
SPEC/LNO
Vendredi 04/12/2015, 14:30-17:30
Amphi. Bloch, Bât. 774, Orme des Merisiers, CEA-Saclay

Manuscrit de la thèse.


Résumé :

La Spectroscopie par  Résonance Magnétique Nucléaire (NMRS) est une technique largement connue pour l'analyse de molécules chimiques et biologiques. Cependant, en raison de la faible intensité  des signaux de RMN, il est très difficile de travailler sur des volumes inférieurs à un mm3. Cette limitation a conduit à la mise au point de capteurs miniaturisés tels que les microbobines, les centres NV et les magnétomètres atomiques.

Au cours de cette thèse nous avons développé une  approche basée sur l'utilisation de capteurs à MagnétoRésistance  Géante (capteurs GMR),  capteurs magnétiques à large bande de fréquences, capable de détecter localement le signal RMN. Les capteurs GMR réalisés sur différents substrats tels que le silicium, le verre et l’alumine, ainsi que la  configuration du montage  RMN,  ont été spécifiquement conçus pour, d’une part , permettre d’atteindre une détectivité dans la gamme de 20 pT/√(Hz) et d’autre part  de pouvoir supporter un champ magnétique externe jusqu'à 1 Tesla.

Je présenterai  tout d’abord les résultats obtenus à 0.3 T sur de l’eau, dans la configuration où la RMN locale est effectuée sur un grand volume (de l’ordre du cm3),  afin de mettre en évidence le caractère fonctionnel du montage. Je présenterai ensuite les résultats obtenus sur des volumes bien plus faibles (de l’ordre de 20x20x20 μm3) de liquides modèle pour la RMN, comme l'éthanol. Enfin, je montrerai les premiers tests concluants effectués sur de l’eau en appliquant un champ externe de 0.6 T.

Mots-clés : Sonde locale, GMR, RMN, Éthanol, Spectroscopie.


Local nuclear magnetic resonance spectroscopy with giant magnetoresistive sensors

 

Abstract: Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMRS) is a widely known technique for chemical and biological molecule analysis. However due to the weakness of the NMR signals, it is very difficult to work on volumes lower than a mm³. That limitation has led to the development of miniaturized sensors such as microcoils, NV centers and atomic magnetometers. We will present our approach based on the use of Giant Magnetoresistive sensors (GMR) as wide band magnetic sensors to detect locally the NMR signal. GMR sensors and NMR set up have been specifically designed to have a detectivity in the range of 20pt/sqrt(Hz) and able to work with external magnetic field up to 1T. We will first present the results obtained at 0.3T on water, in the configuration where the local NMR is done on a high volume, highlighting the functionality of the set-up. Then we will show the results obtained also at 0.3T, of NMR spectroscopy of model liquids like Ethanol on a volume of the order of 20x20x20μm³. Finally, a result at a higher magnetic field, 0.6T, has also been obtained on water.

 

Keywords: Spectroscopy, NMR, Local probe.

Contact : Claude FERMON

 

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