Etudes sur le moment magnétique dans les alliages ferromagnétiques. I. La question de l'activation et du moment élémentaire

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Etudes sur le moment magnétique dans les alliages

ferromagnétiques. I. La question de l’activation et du

moment élémentaire

Robert Forrer

To cite this version:

ETUDES SUR LE MOMENT

_MAGNÉTIQUE

DANS LES ALLIAGES

_{FERROMAGNÉTIQUES}

I. LA

_QUESTION

DE L’ACTIVATION ET DU MOMENT

ÉLÉMENTAIRE

Par ROBERT FORRER. Laboratoire de

_{Magnétisme. Strasbourg.}

Sommaire. 2014 La variation des moments

atomiques dans les alliages des éléments _{ferromagnétiques} Fe, Co, Ni entre eux est discutée. En _portant les moments des _alliages en fonction du titre _{électronique,} on voit

qu’ils sont situés entre deux limites, inférieure et _supérieure. La limite inférieure, pour la plupart des _alliages,

dépasse le moment normal d’un _{demi-magnéton} de Bohr. On en _{conclut que} ces _alliages ont une activation par-tielle constante

(Ads

=

1/2).

L’extrapolation de la limite _supérieure confirme cette activation _partielle. Le fer lui-même n’est pas activé. Il en résulte l’existence d’une région de croissance _progressive de l’acti-vation _qui a comme _{conséquence l’augmentation} du moment _{atomique moyen dans les Fe-Co, Fe-Pt, Fe-Rh,} Fe-Ir.

Le moment de base _(moment normal + moment _{d’activation)} est attribué au _spin de l’électron dont

l’unité de mesure naturelle est le _magnéton de Bohr.

Le moment _{supplémentaire (entre} les deux _{limites) peut} atteindre, par électron, la valeur de 1 _{/5 MB} = 1 _Mw. Le _magnéton de Weiss est donc l’unité de mesure _{qui convient pour le} moment _{supplémentaire.}

L’extrapolation vers un élément de moment _magnétique maximum _{(état d5)} donne au moment

supplé-mentaire la valeur d’un _magnéton de Bohr. On fait _{l’hypothèse que le sous-étage,} considéré comme _unité, a

reçu un _quantum de moment _cinétique. Le moment _{supplémentaire} serait donc de nature orbitale. Si les autres moments _{supplémentaires} résultent aussi d’une _{répartition égale} d’un _quantum de moment _cinétique entre les 5 cases, qu’elles contiennent des _paires ou des électrons _solitaires, ces moments seront des _multiples du

magnéton de Weiss.

Les moments observés, autres que les moments limites, s’obtiennent par des mélanges d’atomes sans et

avec moment orbital.

Les relations entre le moment supplémentaire et d’autres propriétés des _{ferromagnétiques} seront traitées dans un article ultérieur.

A. Introduction.

Une

_question

des

_{plus importantes}

dans le domaine du

_{ferromagnétisme}

est celle du moment élémentaire. On

_attribue,

en

_général,

les moments

_atomiques

des

ferromagnétiques

aux

spins

des

électrons,

en

s’appuyant

sur les

_{expériences gyromagnétiques qui}

donnent

_{approximativement}

pour g la valeur

2,

carac-téristique

du

_spin.

On s’attend donc à trouver un moment de 1

_magnéton

de _{Bohr par électron} soli-taire du

_sous-étage

_{magnétique. Or,}

dans aucun cas,

on n’a trouvé un moment

_multiple

de cette

_unité,

ni pour les éléments

ferromagnétiques,

ni comme diff

é-rence entre les moments de deux éléments.

Diverses solutions ont alors été

_proposées.

On

_peut

admettre une activation

_partielle

telle _que le moment

expérimental

en résulte. Pour le fer avec le moment

[1. ==

2,2

MB

on aurait l’activation A =

0,2,

pour le cobalt

( ~

=1,7

MB) A = 0,7

et _pour le nickel

_([1.

=

0,6 MB)

A =

0,6.

Slater

(1) a

mis une telle activation

_partielle

en

_rapport

avec les

_{propriétés énergétiques}

des

étages.

Une autre solution a été

_proposée

_{par L. Néel}

₍₂₎

en admettant uniformément une activation de A = 1

et en

_supposant

_{que le} moment

_magnétique

de

_chaque

(1) Phys. Rev., 1936, 49, p. 537.

(2~ Ann. de _{Physique, 1937, 8, p.} 237.

atome

_peut

être soustrait un certain

_temps

au

_champ

moléculaire de ses voisins. Il en résulterait alors le déficit observé.

Il _y a donc lieu de discuter à nouveau les moments

donnés par

l’expérience.

Une autre raison m’a d’ailleurs amené à

_m’engager

dans cette discussion.

J’ai _{pu montrer}

₍₃₎

_que les

_points

de Curie 0 sont situés sur une échelle

_thermique

discontinue et _que le

nombre ~V des interactions est relié à 0 _par 0 = F

B/7V

où

_F,

de l’ordre de

_3000,

_exprime

l’intensité de

l’inter-action.

-Or,

le

_point

de fusion des métaux fusibles

_donne,

traité _par la même

_formule,

une intensité du même ordre de

_grandeur

₍₄₎

_et,

dans ce _{cas, les} interactions

(appelées provisoirement

contacts

_{électroniques)}

situées dans un même

_plan

ont été attribuées à une

orbite solitaire _p

_(avec

le nombre

_quantique

orbital l =

1).

Ces métaux fusibles

sont,

en

_effet,

caracté-risés par un

_sous-étage

_p

_incomplet.

De

_même,

dans le cas des métaux

_{réfractaires,}

le

point

de fusion a été attribué à la

_rupture

des contacts

des électrons solitaires du

_{sous-étage d incomplet}

(3) R. FORRER. J. de _{Physique, 1933, 4, p. 109, 186,} 427 et 5010

(4) R. FOR RER. J. de Physique, 1937, 8, p. 241.

182

(l

=

2)

(5)

_avec une intensité F double de celle des électrons _p.

Revenant aux

_points

de Curie il fallait

_{voir, si,}

dans les

_{ferromagnétiques}

à côté des orbites nécessaires pour les

points

de fusion il y avait une

_{disponibilité}

en _{électrons suffisante pour satisfaire} aux interactions nécessitées _{par le}

_point

de Curie. Je me suis rendu

compte

que ce _{n’est pas le} cas. Il est

_impossible,

en

particulier,

de trouver les orbites réalisant le nombre

élevé de

_contacts,

N =

_24,

_exigé

_{par le}

_point

de Curie du cobalt.

Ce

_problème

non résolu m’a incité à

_reprendre

la

question

des moments dans ses

_rapports

avec le nombre des électrons solitaires et les

_points

de Curie. A cause du nombre

_trop

restreint d’éléments ou de

combinai-sons

_{ferromagnétiques, je}

m’adresse aussi aux

_alliages

ferromagnétiques

Fe-Co, Co-Ni,

Fe-Ni

_et,

_pour

cer-taines

_{vérifications,}

aux

_alliages

_Fe-Pt,

_Fe-Rh,

Fe-Ir et Fe-Si.

B. La

_question

de l’activation dans les

_{alliages ferromagnétiques.}

1. Le

_graphique

des

_alliages

Fe-Co-Ni. - Un

magnéton

de Bohr est

_égal

à

_4,96

_magnétons

empi-riques

de Weiss. Les deux unités sont encore

_sujettes

à de

_légères

retouches et

_je

_pose ici : 1

_magnéton

de Bohr

_égal

à 5

_magnétons

de Weiss. 1

MB

=

5lBtfw.

(Voir

à ce

sujet

le calcul de M. Pierre

_Weiss,

Bulletin

de la Société

française

de

_{Physique,1938, p. 140}

S.).

Dans le

_graphique

de la

_figure

1 est

_porté

le moment

atomique

moyen des

alliages

en fonction du nombre

atomique

moyen

Z,

c’est-à-dire en fonction du titre

électronique ;

le titre

_atomique

des Fe-Co

₍₆₎

est donc

porté

en abscisses entre Fe

_(Z

=

26)

et Co

(Z = 27),

celui des Co-Ni

_{(6 )}

entre Co

_(Z

=

27)

et Ni

(Z = 28).

Les

_alliages

Fe-Ni

₍₆₎

sont

_portés

entre Fe et Ni

(Z

= 26 et

28).

Leur échelle _en abscisses est donc

double de celles des Fe-Co et des Co-Ni. Le réseau du

cube centré est

_désigné

_{par a,} celui du cube à faces

centrées par y et le réseau

hexagonal

_compact

par e.

On remarque que l’allure

générale

des moments des Fe-Co-Ni et des Fe-Ni est la même. La

représen-tation des moments en fonction des titres

électro-niques

est donc

_{particulièrement expressive.}

Remar-quons aussi que les limites des domaines des réseaux

oc et y sont situées

_{approximativement}

au même titre

électronique

dans les Fe-Co et les Fe-Ni.

Dans les réseaux

_compacts

à 12 voisins

_(y

et

_e)

les

courbes des deux séries

_d’alliages

sont

_plus

rappro-R. FORRErappro-R. J. dl? _Pla2sique, 1938, 9, p. 388.

~6) Les moments _atomiques moyens des alliages Fe-CO et Co-Ni ont été déterminés par P. WEISS et R. _FORRER, Ann. de Phys., 1929, 12, p. 279 ; ceux _{des Fp-Ni par M. PESCHARD,} Revue de _{Métallurgie, 1925, 22,} p. 490, 581, 663.

(7) M. FALLOT. Ann. de _Physique, 1936, 6, p. 305.

chées que dans le réseau du cube centré à 8 voisins

_(a).

On

_peut

d’ailleurs déduire de ce

_graphique

une

règle générale qui

se vérifie aussi dans les autres

_alliages

magnétiques

du fer

_(7).

Dans un même réseau cristallin

les courbes des moments

_magnétiques

sont convexes vers le haut. On

_peut

dire

_qu’il

_y a tendance à former un

alliage plus magnétique

que le

comporterait

la loi des

mélanges appliquée

aux moments.

2. La

_région

des

_alliages

activés. Les limites

inférieure et

_$upérieure

des moments. - Nous

allons maintenant essayer d’enfermer les moments

expérimentaux

dans des limites aussi _{étroites que}

possible.

Nous

_appellerons

moments normaux _{.Ln ceux

qu’auraient

les atomes

_{ferromagnétiques}

si tous les électrons

_{périphériques}

étaient dans le

_sous-étage

3 c~

(voir

le schéma

_suivant),

en attribuant à

_chaque

élec-tron solitaire

_(leur

nombre est

_z)

un

_magnéton

de

Bohr

MB.

Tous les moments sont

_supérieurs

aux moments normaux.

La droite AB des moments normaux p.,,

(tracée

dans le

_graphique

des

_alliages

de la

_fig.

₁₎

donne évidemment une

_{pente Ay}

== - 1

MB

= -

5 Mw.

La

pente

générale

des moments

_{expérimentaux}

est de

cet ordre de

_grandeur,

sauf

_pour

les

_alliages

au

voi-sinage

immédiat du

_{fer ;}

aussi ces

_alliages

et le fer

lui-même demandent un traitement à

_part.

On voit

_{qu’en ajoutant}

1

_/2

MB

à tous les moments normaux on reste encore au-dessous des moments

mesurés

_(8).

Une droite CD de

_pente

_AP-

= - 1

MB

située à 1

_/2

MB

au-dessus de celle des moments nor-maux est donc une limite inférieure

_plus

étroite _que

la droite AB. Cette nouvelle limite

_représente

les moments _{que l’on obtient} en

_ajoutant

aux moments

normaux ceux

_qui

résultent d’une activation

par-tielle constante

_provenant

de ce _que 1

/2

électron _par

atome,

en _moyenne, a été enlevé à

_l’étage

3d. En

admettant _que ces électrons se trouvent alors à l’état 4s

nous

désignons

cette activation _par

_Ad

_{== 1/2.}

L’ex-trapolation

de cette droite CD vers E donne

_l’origine

(8) Les ferronickels entre 32 et 36 pour 100 at. Ni semblent faire _exception à cette _règle. Ils sont constitués par des mélanges

des états oc et _{y. L’un des deux états étant moins ferromagnétique}

que l’autre, le moment expérimental doit _présenter

virtuelle des

_{alliages ferromagnétiques,}

située à Z = 28 1

/2.

Une limite

_supérieure

est _{donnée par} les

_points

expérimentaux

eux-mêmes. Il est

_remarquable

_{que les} moments de Fe-Co entre 50 et _{75 pour} 100 Co et ceux des Co-Ni entre 40 et 100 pour 100 Ni

s’alignent

sur

la même droite

_(FG,

_fig.

₁₎

dont la

_pente

est

Ay

=1,2MB

= -6M~~-.

Elle

_{s’extrapole}

vers la même

origine

virtuelle des

_{ferromagnétiques (point}

_E)

à Z == 28 1

/2,

déjà

trouvée par la limite inférieure _avec

la

_{pente Ay}

== - 1

MB.

Cette coïncidence donne donc un fort

_appui

à

l’hypo-Fig. 1. thèse de l’activation

_partielle

constante

_Ad

= 1

/2

_pour

ces séries

d’alliages.

On

pourrait

_{penser que} ce nombre

fractionnaire vient de ce _que la maille du réseau du cube à faces centrées

_qui

contient 4 atomes demande

justement

pour la stabilité la

paire

d’électrons dans l’état 4s2. Mais on verra _{que cette} activation

Ad

= 1

/2

continue dans une

_partie

des

_alliages

du cube centré.

On ne

_peut

donc _pas mettre cette activation aussi

simplement

en

_rapport

avec la nature du réseau et l’on doit se borner à constater

_qu’elle

est le fait des

ferromagnétiques

à moins de 2 électrons solitaires.

Or,

la

_question

de

_l’origine

de ce taux d’activation 1

_/2

se _pose. La mesure du moment

_magnétique

ne donne

qu’un

moment moyen.

_Ad

==1/2

doit donc aussi être une activation _{moyenne. Jl} est

_{probable qu’elle}

pro-vient d’un

_mélange,

dans le

_rapport

_{1 : 1,}

d’atomes avec

A d

= 1 et

A d

= 0. Dans le nickel par

exemple,

la moitié des atomes serait à l’état 3d9

_4s,

l’autre

moitié à l’état 3 dlo.

3. La

_{décomposition}

des moments. - Dans les

alliages

activés

_(avec

_Ad

=

1 /2)

nous _{pouvons donc}

distinguer

deux

_parties

essentiellement

_différentes

du

moment :

10 Le moment de base.- Il varie de 1

MB

par

électron;

il faut l’attribuer au

_spin

des électrons solitaires. Ce

moment de base se _compose encore de deux

_{parties :}

le moment

_normal

et le moment d’activation [.La

(dans

ces séries

_d’alliages

_{Il a} =

constant =1/2

Ma).

20 Le moment

_{supplémentaire.}

- Ce moment

peut

avoir _{différentes valeurs pour le même titre}

électro-nique.

La limite

_supérieure

est de 9.

_magnéton

de Weiss par

magnéton

de Bohr du moment de base. La varia-tion de la valeur maxima du moment

_{supplémentaire}

(désigné

par

yx)

est donc

Ayx

= 1

Mw

par électron.

Nous revenons dans la

_partie

C sur ces 2

_espèces

différentes de moment et nous allons d’abord traiter

la

_question

du moment du fer et des

_alliages

voisins.

4. La

question

de l’activation dans le fer et

dans les

alliages

voisins. --r Le fait

que la

pente

184

mais de

_{signe contraire,}

montre bien

_qu’il

faut les traiter à

_part.

_Puisque

le moment du

_{f er}

_((1.

=11

_Mw)

est nettement inférieur à la valeur

_(entre

_12,5

et 15

_Mw)

_qu’on

attend

_d’après

les

_{règles qui}

_{s’appliquent}

entre les titres

_{électroniques}

_26,5

et

28,

on est amené

à admettre

_qu’il

_n’y

a _pas d’activation dans le fer. Son moment de

base

est

_{simplement égal}

au moment normal

_(Il-b

= 2

MB).

Son _moment

supplémentaire

est

égal

à 1

Mw.

Il se _{pose alors la}

_{question :}

de

_quelle

manière se fait dans les

_alliages

voisins du fer la transition entre

le moment du fer

_(non

_activé)

et celui des

_alliages

acti-vés.

J’admets _que dans les ferrocobalts l’activation est constante

_(avec

_{48 d}

=

1 /2)

à

partir

de

Fe3Co,

et

qu’entre

Fe et Fe3Co le moment de base suit la loi des

mélanges.

Cela conduit pour le moment de base à la

ligne

AHI

_(voir

_fig.

1 et

₂₎

en forme de toit avec les

pentes

Ay

_ ₊ 1

MB

et

dfL == -1 MB.

Le moment

supplémentaire

entre Fe et Fe3Co reste de l’ordre de 1

_{Mw ;}

entre Fe3Co et FeCo _par contre il croît et atteint sa limite de 2

_Mw

à FeCo.

Une confirmation de cette

_{interprétation}

se trouve

dans la variation du moment

_atomique

_moyen des

alliages

Fe-Pt, Fe-Rh,

Fe-Ir

_(9).

Dans la

_figure

2 est

reproduite

la

_{partie gauche}

des

_alliages

Fe-Co et sont

portés

les moments

_atomiques

_{moyens des}

_Fe-Pt,

Fe-Rh et

_Fe-Ir,

évidemment aussi en

fonction

du

titre

_{électronique}

mais ici au _moyen du nombre total t

des électrons

_{périphériques}

_(t

= 8

pour

Fe, t

=9 pour

Co,

Rh et

_{Ir, t}

= 10 pour

Pt).

Les

_{points expérimentaux}

des

_Fe-Pt,

Fe-Rh et Fe-Ir se

_superposent

_{presque, la courbe des} moments a exactement la même allure en forme de toit que celle

des moments de

base,

admis

_{hypothétiquementjpour}

i (A) M. FALLOT. Ann. de _{Physique, 1938, 10,} p. 291.

Fig. 2.

Fig. 3..

les FeCo.

_{L’hypothèse}

du même moment de base pour

les

_{FeCo, FeRh,}

Felr et FePt

_s’impose

et se

_complète.

par la

propriété

que le moment

supplémentaire

est

approximativement

constant et de l’ordre de 1

MW.

Les Fe-Ni font

_exception.

On

_peut

admettre _pour

eux une variation linéaire de l’activation entre Fe et Fe3Ni. Le moment de base reste donc constant entre

Fe et Fe3Ni

_{(ligne AJ, fig.}

3).

Le moment

supplé-mentaire reste de l’ordre de 1

_Mu

Si l’on attribue le moment de

_l’alliage

Fe3Si

_(Fe3V

se

_comporte

d’une

_façon

_analogue)

aux trois atomes de fer en admettant _que Si est

_dépourvu

de

_moment,

on obtient comme moment _moyen du

_{fer y}

=

8,2 Mw,

voisin du moment moyen de FeNi

_(7).

En attribuant

de même pour les ferrosiliciures de titre différent de Fe3Si tout le moment au fer et en

_portant

les moments

ainsi obtenus dans le

_graphique

des Fe-Ni

_(fig.

₃₎

on

obtient 3 droites. La

_première

est horizontale et

paral-lèle à celle

_{qui représente}

le moment de base admis pour les Fe-Ni. L’allure

générale

de ces moments

res-semble

_{remarquablement}

à ceux des Fe-Ni.

C. La

_question

du moment élémentaire. 1. Sur la

_composition

du moment

ferromagné-tique.

- Nous avons

décomposé

tous les moments

des

_{alliages ferromagnétiques}

en deux

_parties

de nature différente : le moment de base et le moment

supplémentaire.

Sans aucun doute le moment de

base

doit être attribué au

_spin

des électrons

soli-taires. du

_sous-étage

_incomplet

à l’état d.

Il se _pose donc la

_question

de la nature du moment

supplémentaire.

Nous avons constaté d’abord que ce

moment

_{supplémentaire}

est essentiellement

_variable,

que dans tous les

ferromagnétiques

il y a un tel moment

_{supplémentaire}

et _que son

_rapport

au moment de base est inférieur ou

_égal

à la valeur limite de 1

_/5.

La

_pente

limite _{ApL == 2013} 6

Mw

signifie

que, en

attribuant la

_{pente Ay = - 5 MW = -1 MB,}

au

supplé-mentaire est de 1

_magnéton

de Weiss _{par électron. Le}

magnéton

de Weiss

_s’impose

donc comme unité de mesure

pour le moment

_{supplémentaire}

et _{pour celui-ci}

seule-ment.

Le moment maximum _{par électron} solitaire est

donc la somme de 1

_magnéton

de Bohr

_plus

1

magné-ton de Weiss. On

_peut

_l’exprimer

_par l’unité

com-plexe

MB+w

qui

est

_égale

à 6

_MW..

2. La

signification

et la _provenance du

magné-ton de Weiss. - La

_pente

limite

_ApL

_ - 6

Mw

suggère l’interprétation

suivante : on obtient le moment

maximum de la famille du _{fer pour} l’état

_d5,

c’est-à-dire

_quand

les 5 cases du

_sous-étage

d ne sont

occu-pées

que par des électrons solitaires. Si nous

extra-polons

la différence des

_pentes

limites

A~.

z 6

-

(- 5)

_ -1

_Mw

_jusqu’à

l’élément

_qui

est dans cet

_état,

nous obtenons pour son moment

supplé-mentaire : ~,x = 5

Mw

== 1

MB.

C’est dire

que le

sous-étage

d5 a reçu un moment

_{supplémentaire}

de 1

_MB,

soit d’une unité

_{théorique. Puisque}

le

_spin

des électrons

a

déjà

été

_compté

dans le moment de base il ne

_peut

s’agir

que d’un moment orbital : le

_sous-étage

d5 entier a reçu un

_quantum

de moment

_cinétique.

Le

_sous-étage

à l’état d se

_comporte

donc comme un _{corps unitaire.}

D’après

cette

_conception

1

_magnéton

de Weiss doit

être exactement

_{égal à 1 /5}

du

_magnéton

de Bohr.

Or,

le moment orbital est

_{proportionnel}

au nombre

quantique l; [J.l

= 1

NIB.

L’extrapolation

du moment

supplémentaire

vers un état d5 a

_{donné yx}

= 1

MB.

Nous en concluons que la rotation du

_sous-étage

3d se fait avec le nombre

_{quantique 1}

= 1. Je reviendrai

sur cette

_question

dans un article ultérieur.

3.

Principe

de

_{l’équipartition}

du moment

ciné-tique

entre les

_paires

d’électrons et les soli-taires. - Si

nous revenons maintenant aux moments

des

_alliages,

il se

_présente

une difficulté.

Pour un atome à l’état d9 _par

_exemple

où les 5 cases’ *

du

_{sous-étage d}

sont

_occupées

_{par 4}

_paires

d’électrons et 1 électron

solitaire,

nous observons un moment

supplémentaire

d’un

_cinquième

de

_magnéton

de Bohr. Nous sommes donc amenés à admettre que

l’équipar-tition du mouvement de rotation ne se fait _{pas par}

électrons,

mais par cases, de sorte _{que les}

_paires

reçoivent

autant de moment

_cinétique

_que les soli-taires.

On

_peut

_supposer un

_couplage

entre moment de

spin

et moment orbital d’un même électron. Il s’en-suit _{que dans} les

_paires

où les moments des

_spins

se

compensent

par leur

antiparallélisme

le moment

orbi-tal doit

_également

s’annuler. Si le

_couplage

spin-orbite était

_faible,

il, en

résulterait un faible

parama-gnétisme

constant des

_paires

_(10).

(1°) On _pourrait attribuer à cette cause le faible paramagné-tisme constant qu’on trouve dans des combinaisons avec des atomes à l’état dl’ _(voir G. FOEX. J. de _{Physique, 1938,} t. 9, p. 37).

4. Discussion des résultats de mesures sur les

moments. -

_D’après

ce

_qui

a été dit

_ci-dessus,

un électron solitaire

_peut

_porter

deux moments

_{différents :}

10 Le moment de

_spin

_pur. Son unité de mesure,

est le

_magnéton

de Bohr

_(MB

= 5

Mw) ;

2° Si le

_sous-étage

_possède

encore un

_quantum

de

moment

_cinétique,

un moment orbital

_{égal à}

un

magnéton

de Weiss _par électron se _superpose au

moment du

_spin.

Nous

_désignons

comme

_magnéton

composé MB +~,~r

(==

1,2

MB

= 6

Mw)

l’unité de

mesure du moment total.

Dans les

_alliages,

nous constatons alors les faits suivants

_(comparer

la

_fig.

_{1) :}

~.° Aucun élément ou

_alliage

n’a un moment

cor-respondant

au

_spin

_{pur ;}

20 Le nickel et deux séries

_d’alliages

_(dans

les Fe-Co et les

_Co-Ni)

_possèdent

entièrement le moment

com-posé.

Le nickel

_n’a,

en _moyenne,

_qu’un

demi-électron

solitaire

_(e

_{=1 /2).}

Son moment

_{est ~}

_{=1 j2}

_MB+w

=3Mw.

Le cobalt introduit

_(jusqu’à

_{66 pour} 100

_Co)

en

solution solide dans le nickel

_{(voir fig. 1)}

donne la

pente

A>

= 6

Mw.

Avec e

== 1 1/2

_{son moment est}

1

_{1 /2}

_{MB+W == 9}

Mw.

Fe Co avec e = 2 _{a un} moment de 2

MB+w

=12

Mw.

Le cobalt introduit en solution dans Fe Co a comme

dans le nickel un moment de

_{1 1 /2}

MB +W

= 9

MW.

30 Une

_{grande partie}

des moments observés

_(entre

autres tous les

_{ferronickels)}

sont

_placés

entre les

limites attribuées au

_spin

_pur et au moment

_composé.

On doit se demander comment obtenir ces moments intermédiaires.

Le moment observé

_peut

_provenir

évidemment d’un

_mélange

de moments sans et avec moment

supplé-mentaire.

_Or,

ce

_mélange

n’est

_probable

_que si le

rapport

des titres des deux moments est en liaison avec la constitution du réseau _par

exemple,

ou même

directement avec le titre des

_alliages.

Un

_{premier exemple}

est le

_{f er ;}

son moment

(y

=1 ~

_M‘v)

s’obtient _par

_mélange

en

_{parties égales}

d’un fer à 10 et d’un fer à 12

_Mw,

moment

caracté-ristique

pour le fer non activé

(e

=

2)

avec moment

de

_spin

_pur

_([1.

= 2

MB)

_{et avec moment}

composé

(~ ==

2

MB+W)-Or,

le réseau cristallin du fer du cube centré

_peut

être

_représenté

en effet par l’enchevêtrement de deux réseaux du cube

_simple

ou encore _par celui de deux réseaux du

_type

du diamant.

Ce

_point

de vue trouve une confirmation dans le

fait que dans les Fe-Zn

₍₁₁₎

la

_pente

des moments est

186

égale

à - 10

Mw.

Or,

il est évident

_qu’on

ne

_peut

_pas

prêter

un moment

_{ferromagnétique}

au zinc. Mais si

l’on admet que le zinc

_remplace

_{précisément}

l’atome

de

_fer,

sans moment

_orbital,

_{à ti}

=10

_Mw,

la

_pente

0~.

- - 10

_Mw

en résulte.

Tandis _{que le cobalt} en solution dans Ni ou FeCo a le moment

_composé

de 1

_{1 /2}

_{MB+Bv ==}

9

M,v

(voir

fig. 1),

l’élément cristallisant dans le réseau

_hexagonal

compact

n’a

_qu’un

moment intermédiaire

(f-t

=

8,5 Mw).

On

_peut

obtenir ce moment _par

_mélange

d’un tiers

d’atomes à

_spin

_pur

_{({L == 11/2}

_MB

=

7,5

Mw)

et de deux tiers d’atomes à moment

_composé

(f-t

= 1 1/2

Mp+w

= 9

Mw).

Une surstructure _avec

ce

_rapport

d’atomes est

_possible

dans le réseau

hexa-gonal (fig.

4).

Fig. 4.

Le moment de

_l’alliage

FeNi

_([1.

_{= 8,19, interpolé}

d’après

Peschard,

s == 1 1

/2)

peut

être obtenu _par le

_mélange

en

_{parties égales}

du moment de

_spin

et

du moment

_composé

y =1

/2

(7,5

+

9)

=

8,25

Mw.

Le

_rapport

des constituants des moments 1 : 1 est celui des atomes.

Le moment de Fe3Ni

_{([1. =10,55}

_{MW, interpolé}

d’après Peschard)

s’obtient _{par la moyenne} de trois

moments de

_spin

_{(avec a}

=

2,

=10

Mw)

et d’un

moment

_composé

_([1.

= 12

M~r),

d’où :

[1.

== 10,5

Mw.

De _nouveau, le

_rapport

des atomes et des moments

constituants est le

_même,

3 : 1.

Le moment de FeNi3 est

_5,78

Mw

_{(interpolé d’après}

Peschard).

Un moment de

_spin

₍₅

_Mw)

et trois

mo-ments

_{composés (6 Mw)}

donnent en _moyenne

_5,75

_Mw.

Nlême

_rapport

de moments et atomes constituants.

Nous allons encore déterminer par

_{extrapolation}

les deux moments du

_fer

activé

_{hypothétique}

_(Ad

_{=1 j2}

e = 2

1 /2),

~, = 2,5

MB

et

~, = 2,5 Mp+w,

dans

divers

_{alliages (voir fig.}

_1).

Dans les Fe-Co « entre 25 et 50 _pour 100 at. Co le

moment

_extrapolé

du fer est [1.

= 12,5

= 2

1 j2 X 5

Mw

(voir fig.

2) ;

moment de

_spin.

Dans les Fe-Co « entre 50 et 75 _{pour 100} at. Co le moment

_extrapolé

est

[L === 15 == 2

1/2x6

Mw ;

moment

_{composé (voir}

fig. 1).

Finalement,

on obtient la

_pente

initiale des Fe-Co

(0~ _

+

5,5

M~~,

voir

_{figure 2)}

en conservant le

rapport

1: 1 des moments sans et avec orbite du

_fer,

puisque

la

_pente

des moments de base est _à[£ _ ₊ 5

Mw

et celle des moments limite

0~.

- + 6

Mw.

Dans les ferronickels on a

_supposé

la constance du

moment de

_{base ,entre}

Fe et Fe3Ni. La

_pente

initiale

dans les Fe-Ni

_{s’extrapole}

vers le moment

_composé

de 2

_{MB+ BV =}

12

_MW

de

_Fe3Ni,

la suite entre 6 et _{18 pour 100} Ni vers le moment de

_mélange

_{(11 Mw)}

de

_Fe3Ni,

_égal

à celui du fer

_(qu’on

rencontre

d’ail-leurs aussi dans

_Fe3Pt).

Les moments intermédiaires

_indiqués

s’obtiennent donc tous _par un

_mélange

de moments sans et avec

orbite dans des

_rapports

très

_simples

1 :

_1,

1 : 2 et

1 : 3,

qui

se retrouvent souvent entre les atomes consti-tuants. En

_définitive,

un électron solitaire contribue

au moment _{de l’atome soit par} son

_spin

_seul,

c’est-à-dire par 1

MB,

ou _par son

spin

_augmenté

du moment

orbital 1

Mw

et

jamais

par une valeur intermédiaire. Le tracé de la limite inférieure des moments avec une

activation constante

_(Ad

= 1

/2)

pour la

plupart

des

alliages

reste

_quelque

_peu

_{hypothétique,}

tant

_qu’on

n’a _pas démontré que les deux moments

_composants,

moment de base et moment

_{supplémentaire,}

attribués

au

_spin

et à l’orbite du même

_électron,

sont de nature

différente ou ont une fonction différente. Dans un

article

_{ultérieur j e}

montrerai

_quelles

sont les

_propriétés

qui

sont en liaison avec le moment orbital

_(point

de

Curie,

surstructure,

phénomène gyromagnétique).

Ces relations

_permettront

à leur tour de déterminer

expé-rimentalement la limite entre le moment de

_spin

et

le moment orbital.

D. Conclusion.

La discussion des moments

_atomiques

des

_alliages

ferromagnétiques,

portés

en fonction du titre

électro-nique

a

_permis

de tirer des

_{conséquences importantes}

de deux ordres

_différents,

concernant d’une

_part

l’activation,

et d’autre

_part

la

_composition

des

moments et les unités de mesures rationnelles des moments constituants.

1. Activation. - Les

moments sont

_compris

entre des

limites, inférieure

et

_supérieure,

très étroites. Le tracé des deux limites conduit à la même conclusion : Tous les

_alliages

Fe-Co-Ni sont

_{activés ;}

sauf le fer lui-même.

Dans tous les

Ni-Co,

dans les Fe-Co à

_partir

de Fe3Co et dans les Fe-Ni à

_partir

de

Fe3Ni,

donc dans

la

_plupart

des

_alliages

l’activation est constante

(Ad

=

1/2);

_un électron _sur deux _{atomes a}

quitté

le

sous-étage

3d _{pour passer à} l’état

_{4s ;}

le nombre des électrons solitaires s à l’état 3 d par atome est donc

augmenté

d’un demi.

Le

_fer

est à l’état normal

(3d8),

donc non activé.

Les deux droites

_symétriques

en forme de

_toit,

caractéristiques

du moment de base des ferrocobalts sont confirmées _{par la variation} du moment dans les

Fe-Pt, Fe-Rh,

Fe-Ir dont les moments sont aussi

exprimés

en fonction du titre

_{électronique}

donné par

les électrons

_{périphériques.}

2. Le moment

_composé

des

ferromagnétiques.

- Le moment des

ferromagnétiques

est considéré comme

composé

d’un moment de base et d’un moment

sup-plémentaire.

Le moment de base

_(constitué

_{par le} moment normal

et le moment

_{d’activation)}

est attribué au

_spin

de l’électron. Sa mesure naturelle est le

_magnéton

de Bohr

₍₁

MB

par

électron).

Le moment

_{supplémentaire}

est variable. Il atteint sa valeur limite dans deux séries

_{d’alliages (dans}

les Fe-Co et les

_Co-Ni).

Cette limite

_correspond

à la valeur d’un

_magnéton

de Weiss _pour un

_magnéton

de Bohr du moment de

_base,

_{donc pour} un électron. Le

magnéton

de Weiss est donc l’unité de mesure

_qui

s’im-pose pour le moment

_{supplémentaire}

limite.

On obtient cette unité en attribuant un _quantum de

moment

_cinétique

avec le nombre

_quantique

l =1. au

sous-étage magnétique

entier

_et,

en admettant le

prin-cipe

de

_{l’équivalence}

des cases

_(une

paire

d’électrons

reçoit

la même

_quantité

de mouvement

_qu’un

élec-tron

_solitaire).

Le moment

_{supplémentaire}

est donc

supposé

de nature orbitale.

L’unité de mesure naturelle _{par électron du} moment

composé

de

_spin

et d’orbite est donc le

_magnéton

composé :

le

_magnéton

de Bohr

_plus

le

_magnéton

de Weiss

_(MB+~j~).

La

_plupart

des moments

_{qui n’atteignent}

_{pas le} moment

_limite,

_{s’expliquent}

_par un

_mélange

de constituants sans et avec moment orbital.

_D’après

cette

_conception

le fer

_lui-même,

non activé

_{( E}

==

2)

(pt.

=1 ~.

_~1By)

se _{compose d’atomes} sans et avec moment orbital

(FeI : ~

=

211~IB ;

Feii :

pL == 2

MB1~.T).

On

_peut

déterminer le moment du fer activé

( s

= 2

1 /2)

par

extrapolation

à

partir

de certains

alliages :

on trouve les moments

_{correspondant}

au

spin

sans et avec orbite. Dans les

_alliages

le

_rapport

des nombres de moments constituants

_qui

repro-duisent le moment observé est souvent

_égal

au

rap-port

des nombres d’atomes différents.

Manuscrit reçu le 5 décembre 1938.

Erratum de l’article de MM. GRILLET et

_DUFFIEUX,

n°

_2,

Février 1939.

Page 90,

tableau des

_{réactions, ajouter:}

Norm.

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Page

91,

1re

_colonne,

_ligne

36,

lire

₍₁₉₎

au lieu de

(20).