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Auteur(s)
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Jean-Pierre NOZIÈRES : Ingénieur de l’Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Docteur en Physique - Chercheur au Centre National de la Recherche scientifique (CNRS)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Au cours des 10 dernières années, des progrès considérables ont été enregistrés dans le domaine des matériaux magnétiques tant à l’état massif (aimants permanents, matériaux ultra-doux, biomatériaux...) que sous forme de couches minces (enregistrement magnétique de haute densité, microsystèmes magnétostrictifs intégrés...). L’objet de cet article est de présenter les concepts fondamentaux du magnétisme, afin de bien comprendre les relations entre propriétés fondamentales et propriétés d’application. Nous diviserons le texte en deux parties, correspondant aux deux échelles caractéristiques du magnétisme : l’échelle atomique, à l’origine des propriétés intrinsèques comme l’aimantation, spontanée, l’anisotropie magnétocristalline, et la magnétostriction et l’échelle mésoscopique qui définit les propriétés extrinsèques comme les structures en domaines, et les processus d’aimantation. Enfin, nous donnerons un bref aperçu des propriétés spécifiques aux couches minces magnétiques, actuellement en plein essor, et nous commenterons les principales applications des matériaux magnétiques : matériaux doux, aimants permanents et matériaux pour l’enregistrement magnétique de haute densité.
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- Version archivée 1 de juin 1989 par Jean-Louis PORTESEIL
- Version courante de août 2018 par Hélène BEA, Liliana D. BUDA-PREJBEANU
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Magnétisme à l’échelle atomique4. Applications du magnétisme
4.1 Matériaux doux
Les matériaux doux sont utilisés généralement en régime dynamique dans des applications électrotechniques. On leur demande donc une forte perméabilité et un faible champ coercitif afin de minimiser les pertes. D’un point de vue microscopique il faut que les déplacements de parois y soient le plus facile possible, donc l’anisotropie doit être faible et les défauts structuraux peu nombreux. Les matériaux les plus couramment utilisés sont des tôles d’alliages de Fe-Si dont le champ coercitif vaut Hc = 80 A/m et la perméabilité relative µr ª 7 000.
Ces matériaux tendent à être remplacés par des matériaux amorphes ultra-doux à base de métaux de transition. Compte tenu du désordre local lié à l’état amorphe, la direction d’anisotropie fluctue aléatoirement d’un site atomique à l’autre. L’anisotropie à l’échelle macroscopique qui moyenne les directions d’anisotropie locales est donc très faible. L’anisotropie à l’échelle atomique restant très inférieure à l’énergie d’échange, un ordre magnétique à longue distance peut quand même s’établir et la fluctuation de la direction d’anisotropie n’induit que des modulations de la direction d’aimantation sur une longueur appelée longueur de corrélation. Dans l’alliage FeSiNbCuB amorphe, la longueur de corrélation est une dimension macroscopique. Le champ coercitif vaut Hc = 0,5 A/ m et la perméabilité relative µr ª 100 000.
HAUT DE PAGE4.2 Matériaux durs
Les aimants permanents, appelés également matériaux durs [8], sont principalement caractérisés par leur champ coercitif élevé. Pour cela nous avons vu qu’il fallait limiter la nucléation et/ou la propagation des parois. Il est donc commode de subdiviser les différentes familles d’aimants permanents selon le mécanisme à l’origine de leur coercibilité.
Les aimants de type AlNiCo sont obtenus par un traitement métallurgique qui permet la précipitation de particules allongées auxquelles est associée une anisotropie de forme importante. Le champ coercitif...
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