Magnétisme et supraconductivité
Yann Gallais
Matériaux et Phénomènes Quantiques, Université Paris Diderot
Magnétisme en matière condensée
Le magnétisme est la science des effets coopératifs et collectifs des moments
magnétiques dans la matière condensée
• Le magnétisme est un phénomène purement quantique: un exemple unique de
phénomène collectifs quantique à l’échelle macroscopique (comme la
supraconductivité)
• Rôle clé dans l’établissement de la théorie des transitions de phase et du concept
de symétrie brisée (Ising…)
• Illustration d’un phénomène émergent dus aux interactions: «!more is different!»
T>TN T<TN
P. W. Anderson. Science, New Series, Vol. 177, No. 4047. (Aug. 4, 1972), pp. 393-396.
Plan du cours
 Magnétisme sans interaction
 Magnétisme atomique
 Moments magnétiques localisés
 Environnement
 Magnétisme localisé en interaction
 Interactions d’échange
 Modèle de champ moyen du ferromagnétisme
 Domaines et magnétisme aux basses dimensions
 Au delà du champ moyen
 Hamiltonien d’Heisenberg: du classique au quantique
 Ondes de spin ferromagnétiques et antiferromagnétiques
 Magnétisme frustré et liquides de spin
 Magnétisme itinérant
 Paramagnétisme d’un gaz d’électrons libres
 Instabilité magnétique de Stoner
 Effets Hall quantiques
Moment magnétique classique
I
d
µ
! "!
dS
d
µ
! "!
=I dS
! "!
moment magnétique élémentaire
anneau de courant = dipôle magnétique
orienté perpendiculairement au plan de l’anneau
µ
[ ]
=A.m2
dr
force de Laplace (charge ponctuelle):
F
!"
=qv
"
!B
!"
d F
!"
=dn !ev
"
"B
!"
=
!
dr !ev
"
"B
!"
=Idr
"
"B
!"
force agissant sur un fil dr:
B
!"
dF
! "!
Sous champ B:
B
!"
dF
! "!
2
dF
! "!
3
dF
! "!
4
sur un contour fermé
dF
i
! "!!
=0
"
i
!
dM
! "!!
i,F/O=0
"
si
x O
B
!"
/ /d
µ
! "!
Moment magnétique classique
couple résultant:
dC
! "!!
=dM
! "!!
1,F/O+dM
! "!!
3,F/O=d
µ
! "!
!B
!"
mouvement de précession du moment autour du champ
d
µ
! "!
B
!"
Précession classique de Larmor
d
µ
! "!
B
!"
d
µ
! "!
B
!"
cas général:
d
µ
! "!
B
!"
et non-colinéaires
dF
i
! "!!
=0
"
i
!
dM
! "!!
i,F/O!0
"
dF
! "!
3
dM
! "!!
1,F/O
dM
! "!!
3,F/O
un couple s’exerce sur la boucle
z x
y
1 / 13 100%
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