Spectroscopie de résonance magnétique de molécules individuelles

La recherche en biochimie et en chimie catalytique s’appuie sur la spectroscopie par résonance de spin électronique (RPE) pour caractériser les espèces porteuses de centres paramagnétiques. Cette méthode étant limitée en résolution par l’élargissement inhomogène, l’équipe Quantronics du SPEC a développé un principe novateur de spectroscopie RPE atteignant la sensibilité nécessaire à la mesure de spins individuels à température cryogénique. Cette technique permet ainsi gagner plusieurs ordres de grandeur en résolution spectrale. Elle a aujourd’hui pu être démontrée sur des ions d’Er3+ ayant un facteur gyromagnétique g=8,3.
Cette thèse a pour objectif de développer les méthodes permettant la spectroscopie RPE de centres paramagnétiques ayant un facteur gyromagnétique effectif proche de g=2. Cela permettra d’effectuer pour la première fois la spectroscopie RPE de molécules individuelles et rendra possible l’étude d’une large gamme de radicaux organiques, d’enzymes et de molécules porteuses de métaux de transition paramagnétiques (Cu2+, Mn2+, ...).

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Research in biochemistry and catalytic chemistry
relies on electron spin resonance
(ESR) spectroscopy to characterize species containing paramagnetic centers. Since
this method is limited in resolution by inhomogeneous broadening, the
Quantronics team at SPEC has developed an innovative principle of ESR spectroscopy
that achieves the sensitivity required to measure individual spins at cryogenic
temperatures. This technique thus provides several orders of magnitude
improvement in spectral resolution. It has now been demonstrated on Er³? ions
with a gyromagnetic ratio of g = 8.3.

The objective of this thesis is to
develop methods for EPR spectroscopy of paramagnetic centers
with an effective gyromagnetic ratio close to g = 2. This
will enable EPR spectroscopy of individual molecules
for the first time and make it possible to study a wide range of organic radicals,
enzymes, and molecules containing paramagnetic transition metals
(Cu²?, Mn²?, ...).
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service de Physique de l’Etat Condensé
Laboratoire : Groupe Quantronique
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Physique en Île-de-France (EDPIF)
Directeur de thèse : FLURIN Emmanuel
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service de Physique de l’Etat Condensé

Master de Physique Quantique