RÉSONANCE MAGNÉTIQUE

La résonance magnétique et la physique du réseau

Nous citerons d'abord quelques applications de la résonance magnétique qui, quoique d'une grande utilité, n'utilisent le phénomène qu'à son niveau physique le plus simple : mesure précise des moments magnétiques nucléaires, qui constituent un test important des théories de la structure des noyaux ; mesure précise des champs magnétiques au moyen de la fréquence de résonance de spins dont le rapport gyromagnétique est connu ; mesure de la concentration d'une espèce atomique dans un échantillon, basée sur le fait que, dans un spectromètre déterminé et à température donnée, l'intensité du signal de résonance, électronique ou nucléaire, d'une espèce de spins est proportionnelle à leur nombre.

L'application physique la plus importante de la résonance magnétique est cependant l'étude des propriétés du milieu condensé entourant les spins, ou réseau. La R.M.N. et la R.P.E. présentent à cet égard de nombreuses similitudes, mais également des différences importantes. Nous traiterons d'abord le cas de la R.M.N., puis décrirons les caractères propres de la R.P.E.

Les renseignements que l'on obtient sur les propriétés du réseau proviennent pour une grande part de l'observation de deux types de phénomènes : la position et la forme des raies de résonance d'une part, et la relaxation spin-réseau d'autre part, dont on va décrire le principe.

Chaque moment magnétique nucléaire est soumis non seulement au champ magnétique appliqué, mais aussi à un champ local créé par son environnement : champ créé par les moments magnétiques des noyaux voisins, que l'on appelle champ dipolaire (car un moment magnétique porte également le nom de dipôle magnétique), champ créé par la distribution électronique au sein de l'échantillon. Certains noyaux subissent également une interaction dite quadrupolaire lorsque la distribution électronique crée un champ électrique non uniforme à leur emplacement. L'influence de ces interactions sur la raie de résonance peut prendre plusieurs formes. Ainsi, le champ local moyen à l'emplacement des noyaux provoque un déplacement de la fréquence de résonance tandis que les fluctuations de ce champ d'un site nucléaire à l'autre provoquent un élargissement de la raie de résonance ; en présence d'interactions quadrupolaires, ou s'il existe un petit nombre de champs locaux moyens distincts à l'emplacement de diverses catégories de noyaux, on observe même plusieurs raies de résonance distinctes au lieu d'une seule. Chacun de ces caractères apporte des renseignements précis sur la nature et la position relative des différents noyaux ainsi que sur la structure des couches électroniques qui les entourent.

La résonance magnétique nucléaire fournit également des renseignements sur les mouvements au sein de la matière. Certains champs locaux dépendant de la position relative des noyaux, une modification de cette position sous l'effet d'un mouvement produit une variation au cours du temps de ces champs locaux. Si cette variation est lente, la forme de la raie de résonance observée est une moyenne des formes correspondant aux différentes configurations instantanées. Si, par contre, la fréquence moyenne de cette variation du champ local est grande devant la variation de fréquence de Larmor provoquée par ce champ, le mouvement de l'aimantation nucléaire n'a pas le temps de répondre aux fluctuations du champ local et ne réagit qu'à sa valeur moyenne. Cela se traduit suivant les cas par la coalescence de plusieurs raies de résonance en une seule ou bien par un rétrécissement très important de la largeur des raies de résonance, phénomène connu sous le nom de rétrécissement par le mouvement et observé notamment dans les liquides et les gaz. La figure en fournit une illustration en a et[...]