MAGNÉTISME
Mécanismes de l'aimantation technique
Pour minimiser l' énergie magnétostatique et compte tenu de l'énergie magnétocristalline, un monocristal de fer (structure cubique) à l'état vierge ou désaimanté se subdivise en un nombre très grand de domaines élémentaires, dits domaines de Weiss, appartenant à six catégories différentes, chaque catégorie ou phase correspondant à une des six directions de facile aimantation (axes quaternaires du cube). Le processus d'aimantation d'un tel échantillon met en jeu trois mécanismes.
Le premier, celui des déplacements de parois, correspond au déplacement des frontières séparant deux domaines élémentaires, de manière à augmenter le volume du domaine dont la composante de l'aimantation dans la direction du champ appliqué est la plus grande. Comme l'énergie à dépenser pour produire ce déplacement est inférieure à celles qui sont mises en jeu dans les deux autres processus, ce mécanisme joue un rôle prépondérant dans la région initiale de la courbe d'aimantation.
Le deuxième mécanisme correspond, à l'intérieur d'un domaine, à une rotation de l'aimantation spontanée, qui s'écarte de la direction de facile aimantation pour se rapprocher de la direction du champ appliqué. Il faut pour cela surmonter l'énergie magnétocristalline ; ce mécanisme ne prend donc de l'importance que dans les champs moyens ou forts, dans la région terminale de la courbe d'aimantation.
Enfin, un dernier mécanisme correspond à une augmentation de la grandeur de l'aimantation spontanée Ms sous l'action du champ appliqué. Cette augmentation est souvent très faible ou négligeable, en particulier quand le champ appliqué est faible par rapport au champ moléculaire.
Aimantation d'un monocristal de fer
Encyclopædia Universalis France
La figure illustre bien ces mécanismes : selon l'axe quaternaire [100], seuls interviennent en champ faible des déplacements de parois ; au contraire, selon l'axe ternaire [111], au déplacement des parois s'ajoute, pour des champs plus élevés, une rotation des moments, qui s'éloignent peu à peu des directions quaternaires pour s'aligner selon [111], en luttant contre l'énergie d'anisotropie magnétocristalline : ce processus met en jeu une dépense en énergie bien supérieure.
Dans un matériau polycristallin, constitué d'un très grand nombre de cristallites élémentaires, ou grains, le matériau apparaît isotrope en moyenne, chaque grain étant orienté au hasard. La courbe de première aimantation est alors intermédiaire entre les courbes relatives aux directions de facile et de difficile aimantation.
Pour des structures cristallographiques différentes, les courbes d'aimantation présentent des allures variées selon l'orientation relative du champ appliqué et de la direction de facile aimantation.
Les parois
Bon nombre d'applications importantes des matériaux doux (machines tournantes, alternateurs, mémoires à bulles, etc.) ne mettent en jeu que les déplacements de parois.
Ces parois ne sont pas des surfaces géométriques séparant deux domaines d'aimantation spontanée Ms1 et Ms2, mais des sortes de murs d'épaisseur finie, à l'intérieur desquels l'aimantation spontanée tourne progressivement de Ms1 à Ms2. Le supplément d'énergie d'échange lié à la désorientation relative des moments peut se calculer en sommant l'équation (6) sur toutes les paires de porteurs. Pour une substance de symétrie cubique, ce supplément d'énergie est donné par la formule de Landau-Lifshitz :
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Écrit par
- Damien GIGNOUX : docteur ès-sciences physiques, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Étienne de LACHEISSERIE : ingénieur I.S.E.P., docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Louis NÉEL : Prix Nobel de physique, professeur à l'Institut national polytechnique de Nancy et à l'université de Nancy
Classification
Médias
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Louis Néel
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