Ce projet de rupture interdisciplinaire, porté Patrice Bertet, chercheur au SPEC (UMR CEA – CNRS), vise à révolutionner la spectroscopie de résonance magnétique en la poussant à l’échelle de la molécule unique.
Une reconnaissance européenne majeure pour un chercheur du CEA
Le chercheur Patrice Bertet obtient un ERC Advanced, une des distinctions scientifiques les plus prestigieuses en Europe, pour soutenir son projet ONESPIN. Le projet vise à pousser les limites de la spectroscopie par résonance magnétique jusqu’à l’étude de molécules individuelles, et à développer de nouvelles méthodes d’imagerie magnétique avec une résolution nanométrique.
Au CEA, Patrice Bertet travaille au sein de l’Institut Rayonnement Matière – IRAMIS à la DRF, dans le Service de Physique de l’État Condensé – SPEC (UMR CEA – CNRS), Groupe Quantronique, où il développe depuis plusieurs années des méthodes innovantes pour détecter et manipuler des spins électroniques et nucléaires. Lauréat en 2013 d’un ERC Consolidator, il est reconnu internationalement pour ses travaux scientifiques, avec plus de 70 publications et un rayonnement important, comme en témoigne l’attribution de la médaille de l’International EPR Society en Physique et Science des Matériaux, en 2025.
ONESPIN est un projet à la croisée de la physique fondamentale et des technologies de pointe. Le projet repose de manière cruciale sur un nouveau type de détecteur, les compteurs de photons micro-ondes, développés dans notre équipe au CEA. Grâce à ces détecteurs ultra-sensibles, refroidis à 10mK, notre but sera de mesurer le spectre magnétique de molécules individuelles avec une haute résolution spectrale. Le projet est par nature interdisciplinaire, puisque nous espérons que les méthodes développées auront un impact en chimie, biologie, voire dans le domaine de la catalyse.
Patrice Bertet, Chercheur au SPEC, lauréat ERC Advanced 2024.
ONESPIN : repousser les frontières de la spectroscopie magnétique
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.
Une fierté partagée au CEA
Obtenir un ERC Advanced est une belle reconnaissance du travail réalisé dans un domaine aussi exigeant que la physique quantique. Le projet ONESPIN, porté par Patrice Bertet au SPEC, illustre parfaitement notre ambition de repousser les frontières de la recherche fondamentale, tout en préparant les innovations technologiques de demain.
François Daviaud, Directeur de l’Institut Rayonnement Matière – IRAMIS.
A propos de Patrice Bertet
Lauréat d’un ERC Consolidator en 2013 (CIRQUSS), auteur de plus de 70 publications totalisant plus de 8.000 citations, et reconnu par la communauté internationale, comme en témoignent le Grand Prix Jacques Herbrand de l’Académie des Sciences, la médaille 2025 « Physique et Matériaux » de la société internationale de spectroscopie RPE, Patrice Bertet mène ses recherches au CEA, à la Direction de la Recherche Fondamentale – DRF, au sein de l’Institut Rayonnement Matière – IRAMIS, au Service de Physique de l’État Condensé – SPEC, Groupe Quantronique. Docteur en physique quantique (2002) et postdoctorant sur les circuits supraconducteurs, il a rapidement pris une place de premier plan dans ce domaine en développant des méthodes innovantes. Aujourd’hui, ses recherches se concentrent sur la résonance magnétique de spin unique, un domaine fondamental également prometteur en termes d’applications.