Développement d'antennes supraconductrices basées sur les réseaux de SQUID pour la résonance magnétique nucléaire à champ faible PDF Download
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Book Description
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une modalité qui offre de bons contrastes et une bonne résolution spatiale, mais qui souffre d'un important problème de sensibilité. Pour répondre à cette problématique, le paradigme actuel est d'accroitre le champ magnétique des aimants d'IRM. Ceci mène toutefois à une explosion des coûts et à des contraintes accrues vis-à-vis des patients. L'approche que nous présentons est radicalement différente~: il s'agit de travailler à champ faible. Les antennes classiques n'étant pas assez sensibles pour recueillir le signal, l'idée est d'utiliser des SQIF. Ces derniers sont une nouvelle technologie d'antennes supraconductrices ultra-sensibles basées sur les réseaux de SQUID. Le projet vise à optimiser les capteurs SQIF et à les adapter pour la première fois à la RMN afin de mesurer un signal sur un aimant à 0.2~T.Pour ce faire, nous avons développé et étudié les performances de nouvelles architectures d'antennes SQIF afin de définir la géométrie la plus adaptée à la RMN. Nous avons également cherché à mieux comprendre comment le contexte d'utilisation de ces nouvelles antennes pouvait influencer leurs performances. Le jeu d'antennes le plus performant réalisé avait un facteur de transfert de 8.4~kVperT et un seuil de détection de 190~fTperHz. Il fut également observé que la présence d'un champ magnétique pendant le refroidissement de ces capteurs supraconducteurs dégradait leur réponse, phénomène à prendre en compte en RMN.Un Démonstrateur Super-QIF intégrant un SQIF dans l'IRM à 0.2~T fut conçu en tenant compte des contraintes géométriques et de l'environnement magnétique. Après sa fabrication, la température du cryostat était de 50~K, donc suffisante pour le bon fonctionnement des SQIF. Les premiers tests ont montrés que la présence du système ne perturbait pas le signal de RMN.Le démonstrateur est toujours en cours de développement et devrait permettre de mesurer un de RMN dans les mois à venir. À long terme, ces travaux pavent la voie à des applications des SQIF en IRM à champ terrestre.
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L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une modalité qui offre de bons contrastes et une bonne résolution spatiale, mais qui souffre d'un important problème de sensibilité. Pour répondre à cette problématique, le paradigme actuel est d'accroitre le champ magnétique des aimants d'IRM. Ceci mène toutefois à une explosion des coûts et à des contraintes accrues vis-à-vis des patients. L'approche que nous présentons est radicalement différente~: il s'agit de travailler à champ faible. Les antennes classiques n'étant pas assez sensibles pour recueillir le signal, l'idée est d'utiliser des SQIF. Ces derniers sont une nouvelle technologie d'antennes supraconductrices ultra-sensibles basées sur les réseaux de SQUID. Le projet vise à optimiser les capteurs SQIF et à les adapter pour la première fois à la RMN afin de mesurer un signal sur un aimant à 0.2~T.Pour ce faire, nous avons développé et étudié les performances de nouvelles architectures d'antennes SQIF afin de définir la géométrie la plus adaptée à la RMN. Nous avons également cherché à mieux comprendre comment le contexte d'utilisation de ces nouvelles antennes pouvait influencer leurs performances. Le jeu d'antennes le plus performant réalisé avait un facteur de transfert de 8.4~kVperT et un seuil de détection de 190~fTperHz. Il fut également observé que la présence d'un champ magnétique pendant le refroidissement de ces capteurs supraconducteurs dégradait leur réponse, phénomène à prendre en compte en RMN.Un Démonstrateur Super-QIF intégrant un SQIF dans l'IRM à 0.2~T fut conçu en tenant compte des contraintes géométriques et de l'environnement magnétique. Après sa fabrication, la température du cryostat était de 50~K, donc suffisante pour le bon fonctionnement des SQIF. Les premiers tests ont montrés que la présence du système ne perturbait pas le signal de RMN.Le démonstrateur est toujours en cours de développement et devrait permettre de mesurer un de RMN dans les mois à venir. À long terme, ces travaux pavent la voie à des applications des SQIF en IRM à champ terrestre.
Author: Nazim Lechéa Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 186
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Ce travail porte sur l'étude et la réalisation d'un dispositif de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) sous faibles champs magnétiques dans un environnement non blindé. Il se situe dans le cadre de la physique instrumentale avec pour application l'étude des matériaux par spectroscopie, l'imagerie médicale et l'aide au diagnostic. La RMN est une technique puissante permettant de sonder le cœur de la matière et d'étudier sa structure et ses propriétés moléculaires de façon non destructive et non invasive. Durant ce travail, un dispositif de RMN à bas champ a été étudié et réalisé. Effectuer des mesures à bas champ magnétique permet d'utiliser des aimants plus simples, moins coûteux et de limiter les courants de Foucault dans les matériaux conducteurs. Cependant, à bas champ magnétique, les signaux sont très faibles en raison de la forte dépendance du signal de RMN à l'intensité du champ magnétique lorsqu'une détection par induction magnétique est utilisée. Pour réduire cette dépendance, un SQUID fonctionnant à basse température critique a été utilisé afin d'obtenir une meilleure détection des signaux. Le SQUID a été combiné avec différents types de gradiomètres dont l'objet est de favoriser le signal provenant de l'échantillon par rapport aux signaux produits par des sources parasites lointaines. Il a été démontré qu'une configuration planaire est plus avantageuse qu'une configuration axiale en utilisant une approche analytique basée sur le principe de réciprocité. La chaîne de mesure comprend également un interrupteur supraconducteur astucieux développé dans le cadre de cette thèse. Il sert à protéger le SQUID pendant la phase de magnétisation de l'échantillon et permet d’éviter un temps mort pendant la phase d'acquisition de signal. La technique employée permet de piloter précisément toutes les phases de la mesure sans apporter significativement du bruit. Le dispositif expérimental final a permis de mesurer des signaux de RMN émanant d'un échantillon d'eau dans un environnement totalement ouvert, sujet à différents types de bruits basse fréquence (50 Hz et ses harmoniques, transformateurs, voiture en mouvements, ascenseurs...). Pour cela, une électronique de mesure généraliste contrôlant les différentes séquences de RMN a été réalisée et des méthodes de traitement de signaux analogiques et numériques ont été utilisées. Les protons d'hydrogène sont pré-polarisés dans un champ moyen de l'ordre de 100 mT et leur relaxation est mesurée en champ faible d'environ 50 μT en présence du champ terrestre à des fréquences de quelques kilohertz
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L'EXPERIENCE A ETE CONCU POUR L'ETUDE DE LA SUPRACONDUCTIVITE DANS DES SYSTEMES A FERMIONS LOURDS, QUI EST PROBABLEMENT DE NATURE NON CONVENTIONNELLE. LEURS PROPRIETES PHYSIQUES DEPENDENT FORTEMENT DE LA QUALITE DES ECHANTILLONS, C'EST POURQUOI ON ETUDIE DES MONOCRISTAUX DE HAUTE QUALITE. A CAUSE DE LA LONGUEUR DE PENETRATION FINIE DE LA RADIOFREQUENCE DANS LES METAUX CECI NECESSITE DE TRAVAILLER A DES FREQUENCES 100KHZ. C'EST DIFFICILE AVEC DES METHODES CONVENTIONNELLES DE RMN, BIEN ADAPTEES POUR DES FREQUENCES TYPIQUES DE >10 MHZ. ET A 100 KHZ, UNE DETECTION A SQUID DEVIENT PLUS SENSIBLE QUE LES METHODES CONVENTIONNELLES. LA PLUS GRANDE PARTIE DE CE TRAVAIL A ETE LA MISE AU POINT DE L'EXPERIENCE. IL A FALLU TROUVER LA GEOMETRIE LA MIEUX ADAPTEE, ECRANTER L'EXPERIENCE DES PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES ET DIMINUER LE BRUIT CAUSE PAR LES VIBRATIONS. UNE AUTRE DIFFICULTE EST VENUE DE L'INEVITABLE PARAMAGNETISME DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION. IL IMPOSE UNE EXCELLENTE STABILITE EN TEMPERATURE ET D'AUTRES PRECAUTIONS POUR EVITER LES ECHAUFFEMENTS PAR LA RADIOFREQUENCE. DANS NOTRE EXPERIENCE DE RMN A SQUID ON DETECTE LA RELAXATION LONGITUDINALE DE L'AIMANTATION D'UN ECHANTILLON APRES UNE EXCITATION SELECTIVE DES NOYAUX A LA FREQUENCE DE LARMOR (AVEC LES METHODES CONVENTIONNELLES ON UTILISE UNE DETECTION RESONANTE A CETTE FREQUENCE POUR MESURER LA COMPOSANTE TRANSVERSE DE L'AIMANTATION NUCLEAIRE). LA MESURE DU TEMPS DE RELAXATION SPIN-RESEAU EST PAR CONSEQUENT DIRECTE ET LE TEMPS DE DEPHASAGE TRANSVERSE (T#2) N'INFLUENCE PAS LA MESURE. NOTRE EXPERIENCE EST ENTIEREMENT CONTROLEE PAR ORDINATEUR ET PERMET LA MESURE DE T#1 ET DE LA FORME DE RAIE AUTOMATIQUEMENT EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DANS UN CHAMP MAGNETIQUE FIXE. LES RESULTATS SUR LES ECHANTILLONS DE TEST MONTRENT BIEN QUE LA SENSIBILITE DU NOUVEAU MONTAGE EST SUFFISANTE POUR L'ETUDE DE MONOCRISTAUX DE SYSTEMES A FERMIONS LOURDS ET A NOTRE CONNAISSANCE, ELLE EST INEGALEE DANS LA LITTERATURE.
Author: Igor Vinograd Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les cuprates sont des matériaux que l'on peut faire passer d'un isolant antiferromagnétique à un métal normal en augmentant leur densité de porteurs par dopage chimique. Aux dopages intermédiaires, une riche variété de phases électroniques apparaît aux côtés de la phase supraconductrice, ou même entrelacée avec elle. Le but de cette thèse était de caractériser divers aspects de la compétition entre la supraconductivité et les ordres de charge ou de spin, en utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN). Une première partie du travail a consisté à améliorer la modélisation des spectres RMN des noyaux de 17O dans les deux phases onde de densité de charge (ODC) présentes dans YBa2Cu3Oy: l'ordre à courte portée et l'ordre à longue portée (induit par le champ magnétique). En plus de fournir un cadre d'analyse beaucoup plus précis pour les données de RMN en fonction du champ, du dopage et de la pression (voir ci-après), les résultats indiquent que l'ODC à haut champ est uni-axiale (c'est-à-dire avec un vecteur d'onde unique q), avec une période commensurable avec le réseau de trois cellules unitaires (q = 1/3). Le deuxième aspect de la compétition de phases abordé dans ce travail est l'effet (controversé) de la pression hydrostatique. Nos mesures montrent qu'une pression de 1,9 GPa n'affaiblit que très légèrement l'ODC à courte portée dans l'état normal ainsi que l'ODC à longue portée observée à haut champ. Les résultats soutiennent l'hypothèse selon laquelle l'augmentation continue de Tc lorsque la pression augmente jusqu'à 15 GPa est presque entièrement due à une diminution progressive de la force de l'ODC. Ceci montre que la pression hydrostatique est un paramètre permettant de contrôler la compétition entre l'ODC et la supraconductivité dans les cuprates.Dans la troisième partie de la thèse, des mesures du taux de relaxation spin-réseau (1/T1) des noyaux de 139La ont permis d'étudier l'effet d'un champ magnétique sur la mise en ordre vitreuses des spins dans La2-xSrxCuO4. En utilisant des champs élevés jusqu'à 45 T, nous montrons que le champ est capable d'induire une phase gelée, ou presque gelée, à des niveaux de dopage bien supérieurs à ceux supposés précédemment, à savoir jusqu'au dopage critique attribué à l'extrémité de la phase pseudogap mais pas au-delà de ce point, ou pas loin au-delà. Ce résultat a des implications importantes pour l'interprétation de la phase de pseudogap et de la criticité quantique qui lui est associée.
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DANS LA PREMIERE PARTIE, EST PRESENTE UN SYSTEME D'EXPLORATION SPATIALE D'UN CHAMP MAGNETIQUE, A PARTIR D'UN RESEAU D'ANTENNES RMN DE PETITES DIMENSIONS PERMETTANT DES MESURES PONCTUELLES DE LA VALEUR D'UN CHAMP MAGNETOSTATIQUE. CES MESURES SONT ENTIEREMENT AUTOMATISEES, DE MEME QUE L'ANALYSE MATHEMATIQUE QUI CONDUIT A LA CARACTERISATION DES INHOMOGENEITES DU CHAMP. EFFECTUEE SUR UN AIMANT D'IMAGERIE CORPS ENTIER OPERANT A .15 TESLA. CETTE APPLICATION A NOTAMMENT PERMIS D'EN AMELIORER L'HOMOGENEITE DE FACON NOTABLE. UNE AUTRE FACON DE RECUEILLIR SEQUENTIELLEMENT DES SIGNAUX EN PROVENANCE DE DIFFERENTS CAPTEURS, CONSITE A EFFECTUER UN MULTIPLEXAGE TEMPOREL. C'EST L'OBJET DE LA SECONDE PARTIE DE CE TRAVAIL. ON MONTRE QUE L'ACQUISITION SIMULTANEE DE DEUX IMAGES RMN, DE DEUX ECHANTILLONS DIFFERENTS PLACES DANS DEUX ANTENNES RECEPTRICES DISTINCTES, EST POSSIBLE. CETTE TECHNIQUE EVITE AINSI L'EMPLOI DE DEUX CHAINES DE MESURE INDEPENDANTES. LES PROBLEMES POSES PAR LE BRUIT INTRODUIT LORS DE L'OBSERVATION DE MULTIPLEXAGE (NECESSITE D'UNE TRES LARGE BANDE PASSANTE) ONT ETE RESOLUS. SCHEMATIQUEMENT, ON EFFECTUE SUCCESSIVEMENT: UN MULTIPLEXAGE TEMPOREL DES SIGNAUX RADIOFREQUENCE, UNE DETECTION AVEC CHANGEMENT DE FREQUENCE, UN DEMULTIPLEXAGE TEMPOREL DES SIGNAUX AUDIOFREQUENCE AINSI OBTENUS, PUIS UN NOUVEAU MULTIPLEXAGE APRES FILTRAGE ANTIREPLIEMENT, MAIS AVANT NUMERATION. LES RESULTATS OBTENUS SUR OBJETS BIOLOGIQUES, MONTRENT QUE CETTE TECHNIQUE PEUT AVANTAGEUSEMENT REMPLACER CELLE DES RESEAUX D'ANTENNES COMMUTEES
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Le stockage des déchets nucléaires en sous-sol se fait selon un modèle multi-couches pour lequel l'utilisation d'argile est envisagée. Ce dernier type de matériau présente en effet des propriétés de rétention ionique importantes ainsi qu'une faible perméabilité à l'eau, deux caractéristiques essentielles pour assurer une bonne étanchéité de la barrière. Cette étude vise à caractériser par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) la diffusion translationnelle des molécules d'eau dans trois argiles synthétiques candidates, dont deux présentent un massif de type « doublet de Pake ». Après avoir rappeler dans un premier chapitre l'état-de-l'art concernant les techniques mises en oeuvre jusqu'à aujourd'hui pour l'étude de tels systèmes, dont on décrit par ailleurs la structure, une large place est ensuite faite, dans le deuxième chapitre, à l'interprétation et à la simulation de leurs spectres protoniques conventionnels. Cela permet, entre autres, de mettre en évidence le phénomène d'échange chimique entre molécules d'eau dans ces systèmes. Le troisième chapitre traite de l'intérêt d'expériences de nutation originales effectuées à faible champ radiofréquence dans le cas des systèmes à résonance large en RMN pour déterminer le nombre de composantes et leurs contributions respectives au signal total. Le quatrième chapitre montre comment ces résultats peuvent être utilisés lors de l'exploitation des mesures de relaxation et de coefficients de diffusion translationnelle dans ces argiles. Les valeurs obtenues montrent une relaxation 100 fois plus rapide que celle de l'eau pure alors que la diffusion n'est que 4 fois plus lente.
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LE REGIME SURDOPE DES OXYDES SUPRACONDUCTEURS, C'EST A DIRE LE REGIME POUR LEQUEL LA TEMPERATURE DE TRANSITION SUPRACONDUCTRICE, TC, DIMINUE QUAND LA DENSITE DE PORTEURS DE CHARGE (OU DOPAGE) DES PLANS CUO2 AUGMENTE, EST PEU ETUDIE ET SES PROPRIETES ELECTRONIQUES RESTENT MAL COMPRISES. C'EST DANS CE CONTEXTE, QUE L'ETUDE DE COMPOSES, OXYDES SUPRACONDUCTEURS, DE LA FAMILLE DES THALLIUM (TL,PB)SR2(CA,Y)CU2O7 DE DOPAGES DIFFERENTS ET PLUS PARTICULIEREMENT DE COMPOSES SURDOPES, EST REALISEE PAR MESURES RMN DU NOYAU D'OXYGENE 17 ET DE CALCIUM 43 MAIS AUSSI PAR MESURES SQUID. INDEPENDAMMENT DES RESULTATS OBTENUS DANS LE CADRE DE LA SUPRACONDUCTIVITE PRESENTES CI-APRES, NOS RESULTATS DE RMN OBTENUS SUR LE NOYAU CALCIUM SONT TOUT A FAIT ORIGINAUX ET CONSTITUENT LES PREMIERES BASES NECESSAIRES A L'ETUDE DE CE NOYAU DANS LES SOLIDES. POUR LA PREMIERE FOIS PAR RMN, NOUS AVONS RELIE LES PROPRIETES DU REGIME SURDOPE A CELLES DU REGIME SOUSDOPE DANS LA PHASE NORMALE, NOTAMMENT EN MONTRANT LA DESTRUCTION PROGRESSIVE DES FLUCTUATIONS ANTIFERROMAGNETIQUES DANS LE REGIME SURDOPE, MAIS AUSSI DANS LA PHASE SUPRACONDUCTRICE EN RELIANT LA DISTRIBUTION D'INDUCTION A TC DANS CHACUN DES REGIMES. DANS LE REGIME SURDOPE, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LA CONTINUITE ET LA SIMILITUDE DES PROPRIETES MAGNETIQUES POUR LE COMPOSE SUPRACONDUCTEUR ET LE COMPOSE METALLIQUE NON SUPRACONDUCTEUR. CECI, NOUS A POUSSE A CHERCHER QUELLES DIFFERENCES EXPERIMENTALES, ET PAR SUITE QUELS MECANISMES, POUVAIENT EXPLIQUER LA CHUTE DE TC DANS CE REGIME LORSQUE LE DOPAGE CROIT. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE, PAR RMN ET POUR LA PREMIERE FOIS, LA PRESENCE DE MOMENTS MAGNETIQUES LOCALISES DANS LES PLANS CUO2 DANS LE REGIME SURDOPE DE PLUSIEURS FAMILLES DE COMPOSES. L'EXISTENCE DE CES MOMENTS QUI PEUVENT RESULTER DE L'EXISTENCE DE DEFAUTS DANS NOS COMPOSES SURDOPES NOUS AMENE A CONSIDERER LA RELATION ENTRE SURDOPAGE ET DEFAUTS.
Author: Aimé Labbe
Author: Aimé Labbe
Author: Nazim Lechéa
Author: MARTIN.. WURM
Author: Igor Vinograd
Author: THADDEE.. NTOUTOUME
Author: Grégory Trausch
Author: PIERRE-VINCENT.. BELLOT