Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Cet article est consacré aux propriétés techniques, étudiées à l’échelle intermédiaire des domaines magnétiques et à l’échelle macroscopique caractéristique des applications. Des notions incontournables sont d'abord développées, telles que l’énergie de constitution d’un système aimanté, ou la décomposition en domaines magnétiques de Weiss par exemple. Puis, une étude des mécanismes associés à la variation de l’aimantation est effectuée, avec mention notamment du déplacement de parois, de la rotation cohérente, des effets dipolaires, du domaine de Rayleigh et du comportement dynamique de l’aimentation.
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This article is devoted to technical properties, studied at the intermediate scale of magnetic domains and the characteristic macroscopic scale of applications. The essential concepts are firstly developed, such as the composition energy of a magnetic system, or the decomposition in Weiss magnetic fields, for example. Then, a study of the mechanisms associated with the variation of the magnetization is carried out, with particular reference to wall motion, rotation consistency, dipolar effects, Rayleigh field and the magnetization’s dynamic behavior.
Auteur(s)
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Olivier GEOFFROY : Diplômé de l'École nationale d'ingénieurs électriciens de Grenoble - Docteur en physique de l'université Joseph-Fourier - Maître de conférence à l'université Joseph-Fourier de Grenoble, rattaché au laboratoire de génie électrique (G2Elab) de Grenoble
INTRODUCTION
Ce dossier constitue la deuxième partie de l'exposé général des concepts concernant le magnétisme et les propriétés magnétiques des matériaux qui fait l'objet de l'article « Physique des matériaux magnétiques » [D 2 080].
Il est consacré aux propriétés magnétiques étudiées à l'échelle intermédiaire des domaines magnétiques et à l'échelle macroscopique caractéristique des applications.
Une première partie présente les notions incontournables concernant la décomposition en domaines magnétiques de Weiss et parois de Bloch dans les matériaux ferromagnétiques.
La deuxième partie est consacrée à l'étude des mécanismes associés à la variation de l'aimantation (rotation cohérente et mouvements de parois), étudiés d'abord dans le cadre de matériaux idéaux. Une certaine attention est consacrée à la question de l'influence des interactions dipolaires, présentées à l'échelle de l'échantillon (effet de forme) ou de la particule (matériaux composites). On présente ensuite les propriétés de la courbe d'aimantation réelle et du cycle d'hystérésis ainsi que les grandeurs associées. Enfin, une place importante est consacrée aux propriétés de l'aimantation en régime dynamique dans le domaine des fréquences caractéristiques des applications électrotechniques. Les propriétés sont présentées en premier lieu dans le cadre classique avant d'être réinterprétées dans le cadre plus réaliste de mécanismes d'aimantation basés sur le déplacement des parois de Bloch.
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2. Magnétisme à l'échelle macroscopique
Nous venons d'expliciter la situation d'un échantillon ferromagnétique isolé, le point crucial étant la décomposition en domaines. Nous nous intéressons maintenant à la loi de comportement du matériau, c'est-à-dire à l'évolution de sa polarisation moyenne en fonction du champ appliqué.
En présence d'un champ appliqué , l'énergie potentielle d'un moment magnétique s'écrit :
À l'échelle de l'échantillon, on obtient donc un terme d'énergie potentielle, dit énergie de Zeeman, analogue au facteur 1/2 près au terme d'énergie démagnétisante introduit plus haut [voir relation ] :
Ce terme d'énergie induit une évolution de la polarisation de l'échantillon. En fonction de la nature de l'échantillon étudié et de la structure en domaines, on est amené à distinguer deux mécanismes que nous allons détailler dans le cas idéalisé de matériaux parfaits.
2.1 Mécanismes d'aimantation par déplacement de parois
Dans un échantillon structuré en domaines, le terme d'énergie de Zeeman détermine l'accroissement des domaines dont la projection de l'aimantation dans la direction du champ appliqué H a est maximum, au détriment des autres. Cela se traduit par un déplacement des parois et l'apparition d'une polarisation moyenne non nulle. La figure 10 représente le cas d'un monocristal pour...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DURAND (E.) - Électrostatique. - Masson (1968).
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(2) - CHIKAZUMI (S.) - Physics of Magnetism. - Wiley, New York (1964).
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(3) - BERTOTTI (G.) - Hysteresis in magnetism. - Academic Press (1998).
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(5) - DU TRÉMOLET DE LACHEISSERIE (E.) - Magnétisme : II – Matériaux et Applications. - EDP Sciences (2000).
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(6) - NÉEL (L.) - Quelques propriétés des parois des domaines élémentaires ferromagnétiques. - Cah. Phys., 25, 1 (1944).
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