Résonance paramagnétique électronique
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La résonance paramagnétique électronique (RPE) est une technique de mesure physique. Elle est également connue sous le nom de résonance de spin électronique (ESR en anglais).

Principes

La résonance paramagnétique électronique est une méthode de spectroscopie sous champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la...). Grâce à sa spécificité et sa grande sensibilité, elle permet une détection directe de toute espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique....) paramagnétique (radicaux, élements de transition, défauts de structure...). Celles-ci sont caractérisées par la présence d'un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des...) non apparié (appelé aussi électron célibataire) sur la couche de valence (  Ne pas confondre couche de valence et valence). Il en résulte qu'elles possèdent une propriété magnétique intrinsèque, le paramagnétisme (Le paramagnétisme est la tendance des dipôles magnétiques atomiques à s'aligner avec un champ magnétique externe, à cause de leur spin quantique ainsi que le...) de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge...).

Son principe repose sur l'effet Zeeman (L'effet Zeeman est un phénomène physique, découvert par Pieter Zeeman, physicien néerlandais qui reçut le prix Nobel de physique en 1902.). Soumis à l'action d'un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique extérieur intense H, les niveaux d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de spin se séparent puis, sous l'action d'un second champ magnétique perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin per-pendiculum (fil à plomb) et justifie la généralisation de la notion de...) au premier, un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) d'énergie hν est absorbé ce qui correspond à la condition de résonance :

hν = Ef - Ei = gμBH (dans le cas d'un électron célibataire)

avec

  • g = facteur de Landé
  • μB (ou β) = magnéton de Bohr
  • H = valeur du champ magnétique à la condition de résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres....)

Chaque signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les...) ainsi enregistré est caractéristique de l'élément paramagnétique et de son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...) proche (sphère de coordinance).

Applications

Analyse des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.)

La RPE est utile pour l'étude de la structure locale de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) des matériaux pouvant présenter en son sein un élément paramagnétique. Non seulement utile pour pouvoir décrire l'environnement local, elle peut également servir à l'étude des défauts créés par le passage d'un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) (α, β, γ, particules chargées...) donnant par exemple une mesure absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à température ambiante ou plus généralement...) de leur concentration dans la structure. De nombreux matériaux peuvent ainsi être étudiés grace à cette technique allant des matériaux désordonnés (verres) à des structures cristallines (minéraux) en passant par des matériaux organiques.

L'exploitation des spectres RPE passent souvent par une étape de simulation afin de pouvoir discriminer les différentes contributions des éléments paramagnétiques présents et de suivre leur évolution en fonction des conditions expérimentales et de mesure.

Datation archéologique

La RPE est également utilisée dans le cadre de datations en archéologie préhistorique. Elle s'applique en particulier à l'émail dentaire de grands mammifères fossiles, à des grains de quartz extraits de sédiments archéologiques ou à des carbonates (stalagmites, coraux, etc.). Son champ d'application est très étendu, d'environ 20 000 ans à un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il vaut un millier de...) d'années.

Autres

La RPE s'applique aussi aux modèles biologiques.

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