Résonance Magnétique Nucléaire

1. Résonance Magnétique Nucléaire pour mesurer des susceptibilités de spin

2. Zeeman, Nobel Physique 1902 Rabi, Nobel Physique 1944 Bloch & Purcell, Nobel Physique 1952 Ernst, Nobel Chimie 1991 Wuthrich, Nobel Chimie 2002 Lauterbur & Mansfeld, Nobel Medecine 2003 Les Nobels autour de la RMN

3. Le premier signal de RMN dans un liquide et un solide

4. L’IRM

6. La RMN pour la chimie 23 Tesla 14 Tesla

7. Méthode de mesure de la RMN

8. Comment mesure-t-on la RMN ? Champ statique H0 Champ Alternatif H1

9. Un labo RMN H0 H0 spectrometre aimant • Champ magnétique : • très homogène (10-5 à 10-8), et si possible élevé • (typique : 7 à 20 Tesla) • spectromètre : • dans les radiofréquences • (typique : 10 à 500 MHz)

10. H0 Impulsion radiofréquence de qq msec et kW M H0

11. H0 U t

12. L’interêt des impulsions Nb of nuclei n frequency or local field T n Dt n0=1/T une impulsion permet d’irradier plusieurs fréquences à la fois. La transformée de Fourier donne la réponse à ces fréquences.

13. Mesure de la susceptibilité uniforme par RMN

14. Nb de noyaux n référence n0=gH0/2p facteur gyromagnétique qui dépend du noyau shift orbital ou chimique shift de spin

15. Shift orbital • Dû au moment orbital • des électrons des couches pleines • des électrons de valence non appariés • En général : • indépendant de la température • tenseur qui dépend de l’orientation • donne des informations sur la nature des orbitales • proportionnel à la susceptibilité orbitale

16. gasoline Shift orbital • Shift orbital • utilisation en chimie pour caractériser les orbitales

17. gasoline Shift orbital • Shift orbital • utilisation en chimie pour caractériser les orbitales

18. Shift de spin • Pourquoi mesurer Kspin et pas directement cspindes électrons par mesure d’aimantation standard (SQUID) ? • intrinsèque, non affecté par les impuretés • permet de distinguer différents cspinà différents sites cristallographiques • pas une somme mais un histogramme : permet de mesurer des variations locales de cspin • Prix à payer : • en général, pas de valeur absolue • pas aussi facile et rapide qu’un SQUID

19. Kspin mesure c0 Cuprate supraconducteur YBa2Cu3O6+x c K T Alloul et al., PRL (1989) K K proportionnel à c : c

20. Kspin mesure c0 une chaine de spin 1 YBa2NiO5 c K Shimizu et al., PRB (1995) K c

21. Kspin mesure c0intrinsèque • si Kspin différent de cmacro, c’est en général Kspinqu’il faut croire cobaltate NaxCoO2 c K Lang et al., PRB 09

22. Kspin mesure c0intrinsèque • si Kspin différent de cmacro, c’est en général Kspinqu’il faut croire système géométriquement frustré (Volborthite) impuretés paramagnétiques K comportement intrinsèque Mendels et al., PRL (2000)

23. Kspinmesure c0sur différents sites Bi2212 RMN de l’oxygène Trokiner et al., PRB (1991)  differentes susceptibilités donc différentes dopages selon le plan

24. Kspinmesure c0sur différents sites Bobroff et al., PRL (1997) Alloul et al., PRL (1989) YBa2Cu3O6+x Y O Cu Takigawa et al., PRB (1991)  une seule bande dans les plans CuO2

25. Kspinmesure c0sur différents sites cobaltates Na0.7CoO2 Mukhamedchine et al., PRL (2006) 3 Co differents portant des charges différentes

26. Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Zn Ni Ni Ni Ni Ni • Kspin mesure un histogramme des c: • accès aux variations locales de c Effets d’impuretés : chaine YBa2NiO5 de spin 1 avec des impuretés Zn en site Ni Tedoldi et al., PRL 99; Das et al.PRB 04

27. Nb of nuclei champ local <SZ> Ni Zn

28. Kspin mesure un histogramme des c: • accès aux inhomogénéités exemple ; cuprate Bi2212 RMN STM intensité inhomogène YBaCuO6.6 Bi2212 homogène 0.05 0.1 0.15 0.2 dopage Cren et al., PRL 2000 Pan et al., Nature 2001 McElroy et al. Science 2005 J Bobroff et al., PRL 02