MAGNÉTISME

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Interactions et structures magnétiques

Énergie d'échange

Dans la plupart des substances magnétiques, il existe des interactions entre porteurs élémentaires. L'interprétation quantique de ces interactions par Werner Heisenberg, en 1928, a montré qu'elles agissaient à courte distance et possédaient un caractère local. En règle générale, ces interactions favorisent soit le parallélisme soit l'antiparallélisme des moments. C'est ce type d'interaction que l'on appelle interaction d'échange et qui est à l'origine du ferromagnétisme (cf. Interprétation phénoménologique du ferromagnétisme). L'énergie de cette interaction, ou énergie d'échange entre les porteurs i et j, s'écrit :

Dans la majorité des cas, on peut considérer que la résultante de ces interactions agissant sur un atome est équivalente à un champ magnétique fictif appelé champ moléculaire. Pour une substance ferromagnétique, c'est-à-dire pour laquelle l'intégrale d'échange Jij est positive, on a vu que ce champ est proportionnel à l'aimantation : Hm = nM, où n est le coefficient de champ moléculaire, indépendant de l'aimantation et de la température.

Énergie magnétocristalline

Les interactions d'échange, dont le caractère est essentiellement isotrope, se bornent à assurer l'orientation mutuelle (parallélisme ou antiparallélisme) des moments élémentaires dans une direction quelconque du matériau. En fait, il est bien connu que les cristaux présentent des propriétés physiques anisotropes, et c'est le cas en magnétisme. Ainsi, il est plus facile d'aimanter un cristal de fer dont la symétrie est cubique selon un axe quaternaire (arête du cube) que suivant un axe ternaire (diagonale du cube). En d'autres termes, l'aimantation spontanée Ms est couplée au réseau cristallin. Il faut donc introduire une énergie magnétocristalline de densité Ec, donnée en première approximation par Ec = Kγ2 dans le cas d'une substance de symétrie hexagonale comme le cobalt, où γ est le cosinus de l'angle de Ms avec l'axe sénaire c (perpendiculaire à la base hexagonale). Dans les substances de symét [...]

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Louis Néel

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Aimantation et hystérésis d'un corps ferromagnétique

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Désaimantation

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Métamagnétisme

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Écrit par :

  • : docteur ès-sciences physiques, directeur de recherche au C.N.R.S.
  • : ingénieur I.S.E.P., docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
  • : Prix Nobel de physique, professeur à l'Institut national polytechnique de Nancy et à l'université de Nancy

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Pour citer l’article

Damien GIGNOUX, Étienne de LACHEISSERIE, Louis NÉEL, « MAGNÉTISME », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 22 janvier 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetisme/