Un projet de recherche international dirigé par Kazuyuki Takeda de l'Université de Kyoto et Koji Usami de l'Université de Tokyo a développé une nouvelle méthode de détection de la lumière pour la résonance magnétique nucléaire (RMN) en convertissant les signaux radiofréquence RMN en signaux optiques.

Cette nouvelle méthode de détection, parait dans la revue Optique , a le potentiel de fournir une analyse plus sensible par rapport à la RMN conventionnelle. Son utilisation possible dans des analyses chimiques de plus haute précision, ainsi qu'en technologie d'imagerie par résonance magnétique (IRM), sont également intéressants.

La RMN est une branche de la spectroscopie dans laquelle les scientifiques mesurent le spin du noyau d'un atome afin de déterminer son identité. Les noyaux atomiques soumis à un champ magnétique induisent des signaux radiofréquence dans un circuit détecteur. Étant donné que différents atomes provoquent des signaux à différentes fréquences, les scientifiques peuvent utiliser ces informations pour déterminer les composés contenus dans un échantillon. L'application la plus connue de ceci est dans l'imagerie basée sur l'IRM, comme les tomodensitogrammes.

"La RMN est un outil très puissant, mais ses mesures reposent sur l'amplification de signaux électriques aux fréquences radio. Cela génère du bruit supplémentaire et limite la sensibilité de nos mesures, " explique Takeda. " Nous avons donc développé un système RMN expérimental à partir de zéro, qui convertit les signaux radiofréquences en signaux optiques."

Le principe de cette « conversion ascendante » est une nouvelle technologie de conversion quantique hybride. L'équipe a travaillé pour intégrer ce système dans la RMN, éventuellement construire un appareil qui connecte l'électronique à la mécanique, puis à l'optique. Le matériau reliant les trois systèmes est une membrane élastique de nitrure de silicium.

"Nous avons construit un condensateur en déposant sous vide une couche métallique sur la membrane de nitrure de silicium, " explique le co-auteur Usami. En utilisant ceci avec un inducteur, ils ont construit un résonateur pour détecter les signaux RMN, et ensuite construit une cavité optique en utilisant la couche métallique comme miroir. "Le signal électrique RMN entrant secoue la membrane, provoquant un mouvement détecté par un interféromètre optique."

L'équipe pense que le succès de cette détection optique peut pousser encore plus loin la méthode de spectroscopie, dans l'espoir que cette précision accrue dans la détection et la caractérisation des matériaux puisse être utilisée dans de multiples disciplines scientifiques.

Takeda conclut, « Diverses méthodes de détection par RMN optique ont été rapportées, et tandis que certains sont très sensibles, ils n'ont pas jusqu'à présent été largement applicables. Notre nouveau schéma s'est avéré à la fois polyvalent et applicable à une large gamme de matériaux."