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1 - MAGNÉTISME DES MATÉRIAUX À L'ÉCHELLE MÉSOSCOPIQUE

2 - MAGNÉTISME À L'ÉCHELLE MACROSCOPIQUE

Article de référence | Réf : D2081 v1

Magnétisme des matériaux à l'échelle mésoscopique
Propriétés techniques des matériaux magnétiques

Auteur(s) : Olivier GEOFFROY

Relu et validé le 30 janv. 2015

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RÉSUMÉ

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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ABSTRACT

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)

  • 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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d2081


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1. Magnétisme des matériaux à l'échelle mésoscopique

Les unités utilisées sont celles du Système international (SI). Le tableau ci-contre en donne la correspondance dans le système CGS (centimètre-gramme-seconde). Un tableau récapitulatif de l'essentiel des notations et symboles peut également être consulté à la fin de l'article.

L'article Physique des matériaux magnétiques [D 2 080] expose les propriétés magnétiques des matériaux à l'échelle microscopique. On y décrit les règles qui expliquent les propriétés magnétiques de l'atome isolé, puis de la matière condensée avec l'introduction des interactions d'échange et de l'anisotropie magnétocristalline.

Pour appréhender le comportement magnétique de la matière à l'échelle supérieure de l'échantillon, on doit introduire un nouveau terme d'énergie : l'énergie de constitution d'un système aimanté.

1.1 Énergie de constitution d'un système aimanté

On considère un système aimanté isolé de toute autre source de champ magnétique. Un moment magnétique  donné est plongé dans le champ créé par tous les autres moments, et il lui est associé l'énergie potentielle magnétostatique :

( 1 )

Le calcul de

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DURAND (E.) -   Électrostatique.  -  Masson (1968).

  • (2) - CHIKAZUMI (S.) -   Physics of Magnetism.  -  Wiley, New York (1964).

  • (3) - BERTOTTI (G.) -   Hysteresis in magnetism.  -  Academic Press (1998).

  • (4) - CHEN (D.X.), BRUG (J.A.), GOLDFARB (R.B) -   Demagnetizing factors for cylinders.  -  IEEE Trans. on Mag, 27, 3601 (1991).

  • (5) - DU TRÉMOLET DE LACHEISSERIE (E.) -   Magnétisme : II – Matériaux et Applications.  -  EDP Sciences (2000).

  • (6) - NÉEL (L.) -   Quelques propriétés des parois des domaines élémentaires ferromagnétiques.  -  Cah. Phys., 25, 1 (1944).

  • ...

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