différents types de matériaux magnétiques

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.
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magnétiqueµ (équivalent microscopique de l’aiguille d’une
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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
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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
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1/χ
T
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⇒ Une aimantation proportionnelle au champ appliqué
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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
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♦ 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.
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§ 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
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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
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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
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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
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qui s’oppose au champ)
1/χ
Antiferro.
Paramagnétique
T
TN
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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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