MAGNETOCHIMIE

MAGNETOCHIMIE
Cours (25 h)
Professeur R.Welter
Laboratoire DECMET, Institut LeBel, 9ème étage
03. 90.24 15 93
[email protected]
Sommaire
- Notions élémentaires d’électromagnétisme
- Définitions des grandeurs utilisées dans l’étude des
propriétés magnétiques des matériaux.
- Revue des propriétés magnétiques (dia, para, ferro et
antiferromagnétisme)
- Mesures magnétiques
- Structure magnétique. Apport de la diffraction des
neutrons
- Interactions magnétiques dans les solides
- Exemples

I. Généralités sur les phénomènes magnétiques
dans l’état solide.
- a ) Introduction
L’une des conséquences de la proximité des atomes dans un
solide est que leur interaction peut-être coopérative et
produire des effets qui ne sont pas observés dans les liquides.
Un exemple bien connu est le ferromagnétisme. Dans un
morceau de fer aimanté, les moments magnétiques des
atomes de fer s’alignent et produisent un fort effet
magnétique. D’autres effets magnétiques coopératifs
entraînent la compensation totale (antiferromagnétisme) ou
partielle (ferromagnétisme) des moments magnétiques des
différents atomes. Les ferro- et les ferri-aimants ont beaucoup
d’applications commerciales, depuis les aiguilles de boussole
et les aimants pour les montres jusqu’aux bandes audio et
vidéo et les systèmes de mémoire d’ordinateur.
L’intérêt porté aux phénomènes magnétiques n’a cessé
de grandir depuis les travaux de P.Curie à la fin du 19ème
siècle. Tout au cours du 20ème siècle, de nombreuses
applications pratiques sont apparues, des aimants aux ferrites,

en passant par une gamme de matériaux utilisés pour le
stockage magnétique.
A coté de ces applications pratiques, les matériaux
nouveaux à propriétés magnétiques inédites ont servi de
support à des physiciens tels que Weiss, Néel pour créer de
nouvelles théories et les développer.
On sait bien (en général) que, du point de vue
magnétique, on peut classer les corps en trois groupes :
- les diamagnétiques
- les paramagnétiques
- les ferromagnétiques
Le but de ce cours est de préciser l’intérêt que doivent
porter les chimistes du solide à l’étude des phénomènes
magnétiques dans l’état solide et comprendre ainsi ce qui se
cache derrière cette première classification sommaire.
On s’attardera que peu de temps sur l’aspect théorique
ou mathématique des problèmes, l’objectif étant que vous
repartiez avec une vision globale et pratique des phénomènes
magnétiques.
NB. : pas de matériaux amagnétique.

- b ) Symétrie des champs magnétiques
Champs magnétiques dans le vide.
Au voisinage de certains corps tel que l’oxyde de fer naturel
appelé magnétite ( FeO ), ou au voisinage de conducteurs
parcourus par un courant électrique, l’espace n’est plus
isotrope : il est le siège d’un champs magnétique,
(visualisation au moyen de limaille de fer dont les grains se
groupent sur des lignes particulières).
1er problème : définir les grandeurs qui caractérisent un tel
champs.
Pour cela il nous faut revenir sur les fondements du
magnétisme.
La première loi fondamentale du magnétisme est la non-
existence de masse magnétique libre : l’expérience de
l’aimant brisé en est une conséquence.
Cette loi suffirait à infirmer la nature coulombienne du
champ magnétique, car un champ coulombien dénué de
sources ne peut être qu’identiquement nul.
A.Herpin nous dit que la nature réelle du champ magnétique
découle de ses propriétés de symétrie.

Une expérience le montre : la polarisation rotatoire
magnétique.
Lorsqu’un faisceau de lumière polarisée traverse une lame de
matière aimantée (direction // à M), le plan de polarisation de
la lumière tourne d’α, comme si elle traversait une lame d’un
milieu actif tel le quartz.
Mais contrairement au cas des milieux actifs, le sens de
rotation du plan de polarisation est indépendant du sens de
propagation de la lumière, de sorte que, si le faisceau
lumineux traverse une seconde fois la lame aimantée, après
réflexion sur un miroir M, son plan de polarisation tourne, au
total de l’angle 2α.
La seule symétrie possible est donc la symétrie axiale, qui est
celle d’un cylindre tournant, (symétrie du milieu ≡ symétrie
de la spire parcourue par un courant qui aurait produit M).
C’est la symétrie d’un plan sur lequel on a choisi un sens de
rotation.