MAGNÉTISME (notions de base)

Ferromagnétisme, antiferromagnétisme et ferrimagnétisme

Si presque tous les matériaux réagissent au magnétisme, trois seulement sont capables de rester aimantés de façon permanente : le fer, le nickel et le cobalt. Leurs susceptibilités magnétiques sont grandes, de l’ordre de 200 pour le fer. Ces corps sont appelés ferromagnétiques. Ces substances ont une structure microscopique constituée de petits domaines à l’intérieur desquels tous les atomes ont les caractéristiques de dipôles magnétiques orientés spontanément dans la même direction. Sous l’action d’une excitation magnétique extérieure, ces domaines s’alignent dans la direction de ce champ, ce qui confère à l’ensemble du matériau une forte aimantation. De plus, cette aimantation ne disparaît pas lorsque l’excitation extérieure cesse ; c’est ce qu’on appelle le phénomène d’hystérésis. La description précise du cycle d’hystérésis est un problème difficile de physique du solide. Dans certains oxydes et halogénures métalliques, les interactions entre les électrons tendent à aligner de façon antiparallèle les dipôles magnétiques des atomes voisins ; le réseau atomique s’organise en deux sous-réseaux dont les aimantations sont opposées. Le physicien français Louis Néel a construit en 1936 le premier modèle pertinent de cet « antiferromagnétisme ». Dans un matériau « ferrimagnétique », les atomes voisins forment des dipôles magnétiques de sens opposés mais d’amplitudes différentes car ils sont de natures différentes (par exemple un ion Fe²⁺ et un ion Fe³⁺), si bien que leur compensation est incomplète. De nombreux oxydes de fer (dont la magnétite) ou des oxydes métalliques composés (les ferrites, comme PbFe₁₂O₁₉) sont ferrimagnétiques. L’aimantation spontanée de tels corps est non nulle au-dessous de leur température de Curie.