Polarisation Nucléaire Dynamique Pulsée à Haut Champ – HFPulsedDNP

Ce projet vise à réaliser une percée de la résonance magnétique nucléaire (RMN) en faisant progresser la polarisation nucléaire dynamique (DNP) - une méthode puissante pour améliorer la sensibilité - à des champs magnétiques élevés et à des températures proches de la température ambiante. La RMN est une technique non invasive qui peut révéler les structures à résolution atomique de molécules biologiques et de matériaux inorganiques. Bien que sa sensibilité soit intrinsèquement médiocre, le signal RMN peut être amplifié de plusieurs ordres de grandeur à l'aide de la DNP. Cependant, avec la technologie DNP à onde continue (CW), les facteurs d'amélioration obtenus diminuent considérablement à mesure que le champ magnétique augmente. Pour surmonter cet obstacle, nous introduisons la spectroscopie par résonance magnétique électro-nucléaire (ENMR) basée sur la DNP pulsée dans le domaine temporel. Il en résulte une performance DNP qui est indépendante du champ. Le recouplage hyperfin permet de corréler des noyaux séparés par de longues distances jusqu'à 2 nm. Le découplage électronique donne des spectres RMN haute résolution dans les systèmes paramagnétiques. Nous nous attendons à ce que la technique de la DNP pulsée permettra de caractériser des biomolécules ou des matériaux inorganiques à des températures proches de la température ambiante - dans un environnement réel où les matériaux catalytiques ou les biomolécules exercent leurs fonctions. Ce serait une réalisation révolutionnaire car la principale limitation de la technologie DNP à onde continue (CW) est que les expériences sont principalement effectuées à des températures cryogéniques, qui ne fournissent évidemment pas un environnement natif pour les molécules biologiques et les catalyseurs.
Malgré les perspectives prometteuses conférées par la technique DNP pulsée, les exigences en matière de puissance des micro-ondes ont empêché son utilisation à des champs élevés, où les sources micro-ondes pulsées de haute puissance ne sont pas facilement disponibles. Pour contourner ces problèmes, nous proposons de construire un spectromètre DNP pulsé à 9,4 T / 263 GHz qui est bien au-delà de l'état de l'art. Nous nous proposons d’incorporer un générateur de forme d'onde arbitraire (arbitary waveform generator, ou AWG), une source de haute puissance, et un résonateur à facteur de qualité Q élevé en une seule configuration. En outre, nous prévoyons de construire un instrument pour la résonance paramagnétique électronique (RPE) à base d’un gyrotron à haute fréquence (Gyro-RPE) pour caractériser les agents polarisants DNP dans des conditions DNP pertinentes, c'est-à-dire à champ élevé (18,8 T / 527 GHz) et sous rotation à angle magique (MAS). Le GyroEPR pourra fournir des informations cruciales sur les propriétés RPE et la relaxation des radicaux, ce qui aidera à guider la conception de meilleurs agents polarisants pour la DNP.
Ces instruments de pointe permettront de déterminer les structures de nanoparticules métalliques greffées sur des supports métallo-organiques (MOF), qui pourront ensuite être optimisés pour améliorer la conversion catalytique du CO2 en alcools. Au-delà de cette démonstration, nous nous attendons à ce que HFPulsedDNP ouvre de nouvelles voies pour étudier la science des matériaux, les molécules biologiques, l'imagerie médicale et les techniques de criblage de médicaments, c'est-à-dire nombre de domaines où la résonance magnétique peut fournir des informations précieuses au niveau atomique. Nous nous proposons de construire le premier spectromètre DNP pulsé à très haute fréquence (263 GHz) au monde et le premier appareil MAS EPR à gyrotron à un champ de 18,8 T à l'ENS.