Qu'est-ce qu'une résonance de spin électronique?
La résonance de spin d'électrons (ESR) est une forme de spectroscopie utilisée sur les matériaux paramagnétiques mdash;Matériaux qui deviennent magnétiques lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique externe.ESR est également appelé résonance paramagnétique électronique, ou EPR.La résonance de spin d'électrons a une variété d'applications en chimie et en biologie, et a même des utilisations dans des champs tels que l'informatique quantique.
Un électron porte une charge et des spins.Il induit donc un moment magnétique.Si elle est placée dans un champ magnétique externe, le moment magnétique de l'électron s'alignera sur la direction du champ magnétique.Il est également possible pour l'électron de s'aligner dans la direction opposée du champ magnétique, mais cela nécessite plus d'énergie et n'est pas l'état naturel de l'électron.Il s'agit du fondement scientifique de la résonance de spin d'électrons.
Avec ESR, une substance avec des molécules qui ont des électrons supplémentaires ou non appariées sont placées dans un champ magnétique et une énergie, généralement sous forme de micro-ondes, est appliquée.Les électrons non appariés absorberont l'énergie électromagnétique et se déplaceront dans un état d'énergie plus élevé en réalignant leurs moments magnétiques pour être opposés au champ magnétique appliqué à l'extérieur.La fréquence d'énergie absorbée par les électrons indique la structure chimique de la molécule à laquelle ils sont attachés.De cette façon, la résonance de spin électronique peut être utilisée pour déterminer la composition chimique de différents matériaux.
Il est essentiel que la substance ait des électrons non appariés.En effet, les électrons appariés, selon le principe d'exclusion de Pauli, auront des tours dans des directions opposées et, par conséquent, pas de moment magnétique net.Ces matériaux sont connus sous le nom de diamagnétique et ne conviennent pas à l'ESR.
Comme pour les autres techniques de spectroscopie de résonance, les électrons utilisés dans la résonance de spin d'électrons doivent être autorisés à se détendre et à revenir à leurs états d'énergie inférieurs.Sinon, tous les électrons seront excités et aucune autre absorption ne sera possible.Dans ce cas, il n'y aura rien à mesurer et, par conséquent, aucun signal ne sera produit.La relaxation de spin-latrice, où un électron donne de l'énergie à son environnement, et la relaxation de spin, où un électron donne de l'énergie à un autre électron, sont les deux méthodes par lesquelles une relaxation peut se produire.
ESR est particulièrement bien adapté à la détection de libreRadicaux, qui sont un ensemble de molécules hautement réactives avec des électrons non appariés.Les radicaux libres sont connus pour être la cause de plusieurs maladies, empoisonnements et même cancers.Ils provoquent également la désintégration de l'émail des dents à un rythme connu, ce qui signifie que la résonance de spin électronique peut être utilisée pour dater les dents et, par extension, les humains.Des radicaux libres en excès sont également présents dans la bière et le vin qui ont dépassé leur durée de conservation.
ESR est également un candidat de premier plan dans plusieurs technologies de pointe.Il s'agit notamment de la photosynthèse artificielle et de l'informatique quantique.Dans ce dernier, en ajusté ESR pour travailler sur un seul électron au lieu d'un groupe d'électrons, une porte logique peut être créée qui correspond aux états d'énergie du moment magnétique de l'électron.