Magnétisme et Résonance Magnétique Electronique
Présentation
La spectroscopie de Résonance Paramagnétique Électronique (RPE) est une technique qui permet d’étudier les systèmes paramagnétiques. Son principe repose sur l’interaction d’un champ magnétique avec les spins électroniques présents au sein de l’échantillon ce qui donne accès à ces propriétés magnétiques.
Infranalytics est une Infrastructure de Recherche (IR-RPE) hébergée par le LASIRE et compte trois spectromètres RPE, deux impulsionnels (X et Q) et un imageur. Des mesures RPE en mode continu et impulsionnel sont réalisés sur de multiples matériaux utilisés dans différents domaines de recherche comme la catalyse, le stockage de l’énergie, la dépollution des eaux et également sur les systèmes biologiques.
Responsable scientifique : Karima Ben Tayeb-Meziane (karima.ben-tayeb-meziane@univ-lille.fr)
Responsable technique :
Equipements et descriptif technique
- Spectromètre CW – Elexsys E500
Spectromètre Elexsys E500
Bande X en mode continu (9 GHz)| Champ magnétique | 0.3 Tesla |
|---|---|
| Températures | 300K-100K (azote liquide) 300K-673K et 400-1200K |
| Couplage | * Electrochimie * Photocatalyse in-situ * Catalyse in operando |
| Cavités | Standard, TMS (HQ, LQ), SHQE-W1 (ER4122) Haute température (ER4114HT) |
Cavité standard bande X (ER 4102ST)
Cette cavité fonctionne en mode TE102 à une fréquence centrale de 9,8 GHz et un coefficient de qualité Q de 6000. Un accès optique est assuré par une grille de 10 x 23 mm avec facteur de transmission de 50%. Le résonateur est équipé de bobines supplémentaires pour le balayage rapide.
- Spectromètre imageur Elexsys E580
Spectromètre imageur Elexsys E580
Bande X en mode continu/impulsionnel (9 GHz)| Champ magnétique | 0.3 Tesla |
|---|---|
| Températures | 300K-100K (azote liquide), 300K-673K |
| Couplage | * Electrochimie * Photochimie |
| Cavités | Standard |
| Imagerie CW | Gradients 2 axes YZ 200 G/cm |
| Double résonance | ELDOR |
- Spectromètre impulsionnel Elexsys E580
Spectromètres Elexsys E580 multifréquences
Bande X (9GHz) et bande Q (34GHz) en mode continu/impulsionnel et imagerie impulsionnelle| Champ magnétique | 0 à 1.2 Tesla |
|---|---|
| Températures | 5K-300K avec système Cryofree (hélium gaz) |
| Couplage | * Photochimie |
| Cavités | * Standards : bande X (MD5, MD4, MS3) * Bande Q (ER 5106QT-2w) * ENDOR/ELDOR |
| Double résonance | * ENDOR bande X * ELDOR en bandes X et Q * AWG (Arbitrary Wave Generator) |
PPMS DynaCool 9T
L’institut Michel-Eugène Chevreul a fait l’acquisition, dans le cadre du projet CPER ARCHI-CM, d’un PPMS (Physical Property Measurement System) cryogène-free. Cet équipement, a pour fonction de réaliser des mesures physiques sous un champ magnétique de 0 à 9 T, sur une gamme de température pouvant aller de 2K à 400K (1000K pour certaines options). Le PPMS, de la marque Quantum Design, est équipé d’une bobine supraconductrice de 9T. Le refroidissement de la bobine à une température constante de 4,2K ainsi que de l’échantillon jusqu’à 1,8K, est assuré sans la manipulation d’aucun fluide cryogénique. L’hélium liquide nécessaire est produit par un système de compression cryogénique en cycle fermé, à partir d’hélium gazeux uniquement. Le PPMS est destiné à l’étude des matériaux solides et films minces ayant des propriétés magnétiques, électriques, thermiques, … au travers de différentes options de mesures disponibles sur site.
L’option VSM mesure l’aimantation et la susceptibilité magnétique en fonction d’un champ magnétique et/ou de la température. Ces mesures donnent des informations sur la nature des couplages magnétiques, leurs quantifications, les températures de mise en ordre magnétiques, la dynamique de spin.
- Spécifications :
– Sous un champ magnétique statique (VSM) : Mesure de -9T à 9T, dans une gamme de température de 1,8K à 400K ou de 300K à 1000K (VSM Oven).
– Sous un champ magnétique alternatif (ACMS): Mesure dans un champ magnétique alternatif jusqu’à 17 Oe, dans une gamme de température de 1,8K à 400K.
L’option chaleur spécifique est mesurée par la méthode de relaxation thermique de l’échantillon, sous champ magnétique ou non. Ces mesures sont essentielles pour l’observation de tout type de transition magnétique, structurale, électronique.
- Spécifications :
– Température : 1,8K à 400K
– Champ magnétique jusqu’à 9T
– Pressions de la chambre: vide poussé
– Résolution : 10nJ/K à 2K
L’option transport électrique permet de réaliser différents types de mesures : de résistance, de magnétorésistance, de résistance différentielle et de l’effet hall d’un échantillon. Avec l’analyse en simultanée de deux échantillons et la possibilité de réaliser des mesures avec 2 ou 4 « pointes », pour s’abstenir dans le dernier cas des résistances de contacts. La fréquence du courant imposé est ajustable permettant de s’approcher d’un courant continu. On distinguera ainsi des comportements isolants, semi-conducteurs, métalliques sur des poudres densifiés, monocristaux, films minces.
- Spécifications :
– Gamme de courant de 10nA à 100mA.
– Fréquence de 0,1Hz à 200Hz
– Gamme de mesure de 10nΩ à 5GΩ
L’option transport thermique permet de mesurer les propriétés thermiques d’un échantillon avec la mesure de la conductivité thermique, de l’effet Seebeck et également de la résistivité électrique. Ces 3 grandeurs conduisent à une détermination des propriétés thermoélectriques.
- Spécifications :
– Température : 1,8K – 390K
– Pression de la chambre : vide poussé
– Gamme de mesure de 10nΩ à 5GΩ
L’option LCR permet de mesurer avec un LCR-mètre les propriétés diélectriques d’un échantillon en fonction de la température, du champ magnétique et de la fréquence.
- Spécifications :
– Température : 10K – 300K
– Pression de la chambre : vide poussé
– Gamme de mesure de 20hz à 2MHz
L’option ferroélectrique permet de mesurer avec l’utilisation d’un testeur ferroélectrique RADIANT, les propriétés ferroélectriques d’un échantillon multiferroïque en fonction de la température, du champ magnétique et d’un champ électrique.
- Spécifications :
– Température : 10K – 300K
– Pression de la chambre : vide poussé
– Gamme de mesure de 1 V à 10 kV