Différents types de matériaux magnétiques
Différents types de matériaux magnétiques
Unité Mixte de Physique
Lien entre propriétés microscopiques et macroscopiques ♦ Dans un matériau magnétique, chaque atome porte un moment
boussole). ♦ Dans un matériau paramagnétique, les moments magnétiques sont désordonnés. Par contre, ils sont ordonnés dans les matériaux ferromagnétiques et antiferromagnétiques. Différents types de matériaux magnétiques
♦ Un matériau magnétique est caractérisé par : ⇒ Son aimantation M =
∑µ
volume unité
M ⇒ Sa susceptibilité χ = H a . χ est la réponse du composé au
champ magnétique appliqué Ha. 1
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magnétiqueµ (équivalent microscopique de l’aiguille d’une
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1
Diamagnétisme
⇒ Une faible aimantation opposée au champ magnétique ⇒ Une susceptibilité négative et faible (χ≈10-5) Le phénomène ne dépend pas de la température χ
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M Ha
2
T
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Un matériau diamagnétique est caractérisé par :
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Paramagnétisme Un matériau paramagnétique est caractérisé par : ⇒ Une susceptibilité de l’ordre de 10 -3 Ce sont en général des composés formés d’atomes magnétiques isolés les uns des autres. χ
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M
Ha 3
1/χ
T
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⇒ Une aimantation proportionnelle au champ appliqué
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2
Paramagnétisme
s’orientent progressivement le long de celui-ci. ♦ La susceptibilité varie en 1/T. Elle suit une loi de Curie ( χ = C T )
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C ou une loi de Curie-Weiss ( χ = (T − θ ) ) avec θ petit (θ≈10K).
Les fluctuations thermiques désordonnent les moments : un plus fort champ est nécessaire pour obtenir la même aimantation. Le paramagnétisme est observé dans des composés contenant des atomes magnétiques dilués.
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⇒ Lorsque l’on applique un champ magnétique, les moments
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Ferromagnétisme
⇒ Une orientation spontanée des moments magnétiques sous l’action d’un champ extérieur. ⇒ Une aimantation spontanée non nulle Différents types de matériaux magnétiques
♦ Lorsqu’on balaye un champ magnétique extérieur, on obtient une courbe d’aimantation ou cycle d’hystérésis caractéristique.
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Un matériau ferromagnétique se caractérise par :
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Ferromagnétisme : cycle d’hystérésis ♦ Le composé ferromagnétique est caractérisé, via sa courbe § L’aimantation rémanente MR (M(H=0)) § Le champ coercitif (H(M=0)) § Le champ de saturation Hs . Tous les moments sont parallèles au champ lorsque H≥ Hs. Différents types de matériaux magnétiques
§ L’aimantation à saturation M s (M(H ≥Hs )
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d’aimantation, par les paramètres suivants :
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Ferromagnétisme : évolution en température ♦ Lorsque la température augmente, les fluctuations thermiques dessus de la température de transition de Curie TC, l’arrangement des moments devient aléatoire et le composé passe dans l’état
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paramagnétique. La susceptibilité suit une loi de Curie-Weiss (χ = C ) (T − θ ) avec θ très grand (θ≅TC≈1000K) Ferromagnétique M
Paramagnétique χ
θ≅TC 7
1/χ=(T −θ)/C
T
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désordonnent les moments et l’aimantation spontanée diminue. Au
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Ferromagnétisme : domaines magnétiques ♦ Dans un composé ferromagnétique macroscopique, l’aimantation magnétostatique. En l’absence de champ, l’aimantation totale devient nulle. Dans chaque domaines, tous les moments sont
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parallèles.
domaine paroi de domaine
Voir cours d’Alexandra Mougin 8
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préfère se scinder en domaines afin de minimiser l’énergie
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Antiferromagnétisme
♦ l’existence de deux sous-réseaux A et B : une interaction tend à rendre parallèle les moments de chacun des sous-réseau. Une interaction négative entre le sous-réseau A et le sous-réseau B (qui Différents types de matériaux magnétiques
s’oppose au champ magnétique) tend à orienter de manière antiparallèle les deux sous-réseaux. A B A B
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Un matériau antiferromagnétique se caractérise par :
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Antiferromagnétisme ♦ Lorsque la température augmente, les fluctuations de thermiques ♦ Au dessus de la température de transition de Néel TN, le composé devient paramagnétique. . La susceptibilité suit alors une loi de Curie-Weiss ( χ = C (T − θ )) avec θ grand et négatif (interaction Différents types de matériaux magnétiques
qui s’oppose au champ) 1/χ
Antiferro.
Paramagnétique
T
TN 10
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aident à vaincre l’interaction négative. La susceptibilité augmente.
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Ferrimagnétisme Un matériau ferrimagnétique se caractérise par : ⇒ non compensation des moments des deux sous-réseaux, d’où l’existence d’une aimantation spontanée.
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A B A B
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♦ Comportement très proche de celui d’un ferromagnétique ♦ Lorsque la température augmente, les fluctuations thermiques détruisent l’arrangement des spins et l’aimantation diminue. Au dessus de la température de Curie T C, le composé devient paramagnétique et la sussceptibilité suit une loi de Curie-Weiss.
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⇒ l’existence de deux sous-réseaux d’aimantation anti-parallèle
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Propriétés magnétiques des éléments simples
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