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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 mésoscopique [4]1. Magnétisme à l’échelle atomique
1.1 Origine du moment magnétique
Le magnétisme des atomes résulte du mouvement des électrons qui induisent un moment magnétique dit orbital, associé à leur révolution autour du noyau, ainsi qu’un moment magnétique dit de spin, associé à leur rotation sur eux-mêmes [1] [2]. Le moment magnétique total est la combinaison vectorielle des moments orbitaux et de spin. L’ordre de grandeur du moment magnétique atomique est le magnéton de Bohr, défini par :
avec :
- e :
- charge de l’électron (1,6 · 10–19 C)
- h :
- constante de Planck (6,63 · 10–34 J.s)
- m :
- masse de l’électron (9,11 · 10–31 kg)
Pour un atome isolé, la combinaison des moments orbitaux et des moments de spin des différents électrons obéit aux règles de Hund : maximisation du moment de spin, puis du moment orbital.
Dans un cristal, les moments magnétiques sont en général désordonnés par l’agitation thermique et l’aimantation macroscopique est nulle si l’échelle de temps de la mesure est supérieure à celle de la fluctuation (seules des mesures dynamiques comme la résonance ferromagnétique ou la résonance magnétique nucléaire permettent d’accéder au moment magnétique atomique). Un champ magnétique extérieur peut cependant induire un moment magnétique macroscopique non nul en orientant progressivement les moments atomiques. À ce phénomène, appelé paramagnétisme, est associée une susceptibilité définie par :
C est la constante de Curie qui varie entre 10–5 et 10–2 à température ambiante.
HAUT...
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