MAGNÉTISME
Les techniques d'étude du magnétisme
Sans être exhaustif, ce chapitre présente les principales techniques utilisées pour étudier les propriétés magnétiques de la matière.
Mesures magnétiques
La méthode de base pour étudier les propriétés magnétiques macroscopiques d'un composé consiste à mesurer sa réponse magnétique (son aimantation) lorsqu'il est soumis à un champ magnétique dans des conditions données de température et de pression.
Dans la méthode dite d'extraction axiale, l'échantillon soumis à un champ homogène est déplacé entre deux bobinages de détection. La variation de flux alors induite dans ces bobines produit une force électromotrice dont la variation intégrée pendant tout le déplacement est proportionnelle au moment magnétique de l'échantillon.
Dans le magnétomètre développé par Simon Foner (1959), l'échantillon est soumis à un mouvement vibratoire à l'aide d'un dispositif analogue à celui d'un haut-parleur. Le signal alternatif, induit dans deux bobines placées de part et d'autre de l'échantillon, est amplifié et comparé au signal produit par un aimant de référence. Il en résulte un signal de sortie proportionnel au moment magnétique du matériau étudié.
Lorsqu'un échantillon magnétique est placé dans un champ magnétique inhomogène, il est soumis à une force proportionnelle à son moment magnétique. Les différentes techniques utilisant ce principe diffèrent par la méthode de mesure de cette force (balances de torsion ou de translation, etc.).
Ces mesures sont le plus souvent réalisées dans des champs statiques produits par des électro-aimants (jusqu'à 2 MA/m) ou, plus fréquemment, dans des bobines supraconductrices (H ≤ 12 MA/m) ou résistives (H < 25 MA/m). Des expériences peuvent être également réalisées dans des champs supérieurs produits de manière transitoire.
Il est possible de mesurer des moments magnétiques extrêmement faibles (10-9 . Am2) avec un type de magnétomètre mettant à profit les propriétés supraconductrices de certains matériaux : il s'agit des squids, ou dispositifs supraconducteurs à interférences quantiques (fig. 12).
Par ce type de mesure, il est possible de déterminer les propriétés magnétiques macroscopiques des matériaux (ferromagnétique, antiferromagnétique, paramagnétique...), leur température d'ordre, la variation thermique de leur susceptibilité, l'existence d'éventuellles transitions... Les figures illustrent le type de courbes d'aimantation obtenu.
La diffraction neutronique
En raison de la dualité onde-corpuscule, un faisceau de neutrons envoyé sur un matériau cristallin subit un phénomène de diffraction analogue à celui des rayons X. Dans le cas des neutrons, l'interaction responsable de la diffraction a deux origines. D'une part, il existe une interaction de contact neutron-noyau qui donne lieu à des diagrammes de diffraction caractéristiques de la structure cristallographique. D'autre part, porteur d'un moment magnétique, le neutron interagit avec le moment magnétique atomique. Il en résulte une contribution à la diffraction caractéristique de la structure magnétique du composé. Les directions des faisceaux diffractés par l'échantillon sont directement liées à la périodicité de la structure magnétique, alors que l'analyse de leurs intensités permet de remonter à la valeur et à la direction de chaque moment magnétique individuel. Ainsi la diffraction neutronique est une des techniques de base pour l'étude du magnétisme de la matière condensée. Son aspect microscopique complète efficacement les mesures magnétiques décrites au paragraphe précédent et qui ne permettent qu'une approche macroscopique. Parmi les premiers résultats, il faut citer la vérification expérimentale, en 1949, de la structure antiferromagnétique de MnO, qui avait été prévue dès[...]
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Écrit par
- Damien GIGNOUX : docteur ès-sciences physiques, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Étienne de LACHEISSERIE : ingénieur I.S.E.P., docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Louis NÉEL : Prix Nobel de physique, professeur à l'Institut national polytechnique de Nancy et à l'université de Nancy
. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )
Médias
Arrangements complexes
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Louis Néel
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Performances d'un aimant
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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MAGNÉTISME (notions de base)
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Le magnétisme est une importante propriété de nombreux systèmes physiques ; ses caractéristiques sont maintenant globalement comprises dans le cadre de la théorie des champs électromagnétiques. Comme c’est souvent le cas, on a su utiliser ce phénomène bien avant d’en élucider le mécanisme ; le...
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PREMIÈRES ÉTUDES DU MAGNÉTISME
- Écrit par Bernard PIRE
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En 1600, l'Anglais William Gilbert (1544-1603), que ses contemporains appellent le « père de la philosophie magnétique », publie à Londres son De Magnete magnetecisque corporibus et magno magnete tellure. Quelque quatre cents ans après la propagation en Occident de la boussole inventée...
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Les aimants permanents sont des corps ferromagnétiques qui, une fois aimantés, conservent un certain état magnétique dont l'effet le plus sensible est d'attirer un morceau de fer.
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L'utilisation du magnétisme, qui permet d'orienter une aiguille aimantée, suit une évolution progressive imparfaitement connue : première mention d'une aiguille aimantée au iie siècle avant notre ère, utilisation attestée du magnétisme vers le vie siècle (géomancie ?), connaissance...
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Voir aussi
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- GILBERT WILLIAM (1544-1603)
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- LIFSHITS EVGUENI MIKHAÏLOVITCH (1915-1985) & ILIA MIKHAÏLOVITCH (1917-1982)
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