La spectroscopie par résonance magnétique est une technique largement utilisée pour étudier la matière, en s’appuyant sur les propriétés des noyaux paramagnétiques et des électrons non appariés. Toutefois, cette méthode souffre d’une faible sensibilité, nécessitant des ensembles très nombreux d’objets identiques pour détecter un signal. Cela limite la résolution spectrale quand les échantillons présentent des propriétés hétérogènes.
Le projet ONESPIN a pour ambition de dépasser cette limite, en poussant dramatiquement la sensibilité de détection jusqu’à la détection de spin d’objets individuels, grâce à une méthode innovante récemment mise au point. Cette dernière repose sur la détection de photons micro-ondes émis lors de la relaxation radiative d’un centre paramagnétique individuel à très basse température (10 mK), par un compteur de photons micro-ondes, un détecteur ultra-sensible basé sur un qubit supraconducteur développé au CEA Saclay.
Les objectifs de ONESPIN sont multiples :
- Appliquer cette technique à différents centres paramagnétiques uniques (radicaux organiques, molécules contenant des ions de métaux de transition, enzymes…), et obtenir les premiers spectres à haute résolution sur ces molécules individuelles.
- Réaliser la spectroscopie hyperfine et l’imagerie des spins nucléaires autour de ces centres, ce qui permettrait d’obtenir des images de molécules individuelles avec une résolution au niveau d’un seul spin nucléaire — un rêve ancien de la spectroscopie de résonance magnétique.
- Développer une imagerie par résonance magnétique à l’échelle nanométrique (10 nm) de centres paramagnétiques dans un échantillon de taille micrométrique, en combinant des gradients magnétiques avec la détection par comptage de photon micro-onde.
