Variation thermique de la susceptibilité magnétique des corps au voisinage du point de Curie

HAL Id: jpa-00206622

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00206622

Submitted on 1 Jan 1968

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Variation thermique de la susceptibilité magnétique des corps au voisinage du point de Curie

G. Develey

To cite this version:

G. Develey. Variation thermique de la susceptibilité magnétique des corps au voisinage du point de

Curie. Journal de Physique, 1968, 29 (1), pp.74-80. �10.1051/jphys:0196800290107400�. �jpa-00206622�

74.

VARIATION THERMIQUE ^{DE LA} SUSCEPTIBILITÉ MAGNÉTIQUE ^{DES CORPS}

AU VOISINAGE

DU

POINT DE CURIE (1)

Par G.

DEVELEY,

Laboratoire de

Physique

Industrielle, ^Institut Polytechnique de Grenoble.

(Reçu

^{le 25 mai}

1967.)

Résumé. 2014 La variation de la

susceptibilité magnétique

^est

représentée

^au

voisinage

^du

point

^{de Curie}

Tc

par ^{la loi :}

(1/x)n = p(T 2014 Tc).

Les études

expérimentales

^ont

porté

^sur

des corps purs, des

alliages

^et des ferrites. La

susceptibilité

^est mesurée dans des

champs magné- tiques

^variables

jusqu’à

^{1 500 CE et}

extrapolée

^à

champ

nul, ^{sur un} intervalle de

température

de 30° au-delà de

Tc’

Abstract. ²⁰¹⁴ The variation of the

magnetic susceptibility

^{in the}

neighborhood

^{of the}

Curie

point Tc

^is

represented by

^{a law of the form :}

(1/x)n

⁼

p(T 2014 Tc). expérimental

studies have been made on pure materials,

alloys

and ferrites. The

susceptibility

^{is measured}

in fields variable up ^to 1 500 CE and is

extrapolated

^{to the zero} field value in a 30°

temperature

interval above

Tc.

LE JOURNAL ^DE PHYSIQUE ^TOME 29, JANVIER 1968,

Introduction.

^- La transition entre l’état ordonné

ferromagnétique

^et l’état désordonné

paramagnétique

se

produit

^{à la}

température

^{de Curie. En}

fait,

^on

peut

définir deux

températures

^de transition : la

première,

T P,

^{est obtenue par}

extrapolation

^{à zéro} des droites de Curie-Weiss

(11X, T) ;

^la

seconde, correspond

à la

température

^{réelle au-dessus de}

laquelle

^l’aiman-

tation

spontanée

^{est nulle.} La différence entre

7"

et

T~

^{est au moins de 200. De}

plus,

^au

voisinage

^de

les courbes

( 1 ~x, T ) présentent

^{une courbure}

régulière

dont la concavité est tournée vers le haut. _{La pre-} mière tentative

d’explication

^{est due à L. Néel}

[1]

avec l’introduction des fluctuations dans la théorie du

champ

moléculaire.

Beaucoup plus récemment,

^le

développement

^{de travaux}

théoriques

^ainsi que l’utili- sation des moyens modernes de calcul

numérique

^ont

conduit à

représenter

^{la variation}

thermique

^{de la}

susceptibilité magnétique

^au

voisinage

^du

point

^de

Curie _{par :}

( 1 ~x)n = p ( T -

Les valeurs de n pour les corps purs ^sont différentes suivant les modèles considérés : dans le cas du modèle

d’lsing

^{à deux et}

à trois

dimensions,

^{n est}

égal respectivement

^à

4/7

et

4/5;

dans celui

d’Heisenberg

^{à trois}

dimensions,

^la

valeur de n est

3/4;

^mais

d’après

^{de très récents}

calculs _pour ^{une valeur} de

spin S

⁼

1 ~2,

^{il semble}

plus probable

que ⁿ soit

égal

^à

7/10.

(1)

^{Cet article recouvre une}

partie

d’une thèse de Doctorat d’Etat

présentée

^{à la Faculté} des Sciences de l’Université de Grenoble en

juin

^{1967 et}

portant

^la

référence A.O, 1464 du C.N.R.S.

Dans le

présent

^{article sont} rassemblés les résultats

expérimentaux portant

^sur la vérification de la loi

précédente

^{et sur} la détermination de n et

de p,

pour les corps purs, pour

quelques alliages

de nickel-fer ^et

quelques

^ferrites.

I.

Méthode expérimentale.

^{- 1. La}

susceptibilité magnétique

x ^est obtenue _par la mesure de la force

agissant

^{sur un matériau}

placé

^{dans un}

champ magnétique

^{non uniforme}

H(x,

y,

z) .

Il faut remarquer

qu’au voisinage

^du

point

^de

Curie Z dépend

^du

champ H;

^{il est alors}

indispensable

de connaître la variation

thermique

de l’aimanta- tion

(a, H)

^{afin de} déterminer la limite de

Hia

⁼

en

champ

^nul.

D’autre

part,

^la variation de la force est très

impor-

tante sur un faible intervalle de

température ( fig. 1 ) ;

il a donc été nécessaire d’utiliser deux balances à

translation,

^l’une

horizontale,

^destinée aux mesures à haute

température

^{et à}

champ fort,

^l’autre

verticale, adaptée

^aux

températures

^{voisines de}

T,

^{et aux}

champs

^faibles.

2. LE CHAMP

MAGNÉTIQUE.

^-

a) Clamp faible à gradient indépendant ( fig. 2).

^- Deux bobines

plates

^AB

placées

^en

position

^{de Helmholtz créent au voi-}

sinage

^{de leur centre un}

champ

^très sensiblement

constant

H.-

Un ensemble de deux autres bobines A’B’ alimentées

en

opposition produisent

^un

champ

variable H = ax

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:0196800290107400

75

Fie. 1. ^- Variation de la force en fonction de la

tempé-

rature et du

champ appliqué

pour ^un échantillon de

gadolinium.

nul au centre

qui

^se superpose ^à

Ho (fig.

^{2 a et 2}

b).

La force ^est alors

proportionnelle

^à

⁺ ax).

Le

champ

maximal ainsi obtenu reste inférieur à 650 0152.

b) Champ faible

^à

gradient

^lié

(fig. 3) .

^{- Ce}

dispositif

est

analogue

^à celui décrit _par L. Néel

[2].

^Le

champ produit

par ^une bobine de rayon ^{R est} tel que

H dH

présente

^{un maximum à une} distance du centre

égale

En donnant au mandrin une forme

convenable,

il est

possible

^de

rapprocher

^{ce maximum} et surtout de l’étaler le

long

^{de l’axe}

(fin.

^{3 a et 3}

b) .

^Le

champ

ainsi obtenu ^est au maximum

égal

^{à 1 500 G.}

c) Champ fort

^à

gradient

^{lié. - Dans un}

précédent

article

[3],

nous avons

déjà indiqué

^le

principe

^du

calcul. Nous

rappelons qu’avec

^une

disposition

^{à trois}

pôles

^{il est}

possible

^d’obtenir pour le

produit

^H

dH

une valeur constante sur environ 4 cm

( fig.

^{4 a}

et 4

b) .

Pic. 2. ^- Bobines doubles.

Fm. 3. ^- Bobine

simple.

76

WG. 4.

4

et) Dispositif

^{à trois}

pôles.

4 b)

Variation de H en fonction de la distance : i

--- avec dièdre.

- - - - sans dièdre.

3. TRACÉ DES ISOTHERMES. ^- La

figure 5

^{donne la}

variation isotherme de l’aimantation 6 en fonction du

champ

interne h. Un calcul

simple

^montre

qu’en développant

^{en série}

jusqu’au

^{terme de}

degré

^{3 la}

fonction de Brillouin

Bj (x), h

^{est liée à 6} par la relation h = oc6

;-

Sur la

figure

^{6 sont}

représentées

les variations iso-

Pic. 5.

Variation isotherme de l’aimantation du cobalt.

1

FIG. 6.

Variation isotherme

(1//, G2)

^{du cobalt.}

77

Pic. 7. ^- Variation de

(1/xo, T)

^{du cobalt.}

thermes de

1 J/

^{= en fonction de}

^cr2.

^{La variation}

linéaire est bien

vérifiée,

sauf pour les faibles valeurs de G. En

extrapolant

^{à G2 -- 0 les}

portions

^de

droite,

on obtient les valeurs de la

susceptibilité

^initiale

La variation

T)

n’est pas linéaire

(fin. 7),

contrairement à ce que

prévoit

^la théorie du

champ

moléculaire.

La recherche d’une loi de la forme :

conduit à

représenter

la courbe

précédente

^{en coor-}

données

logarithmiques ( fig. ^8).

^On obtient ainsi ^une

portion

^{de droite sur un} certain intervalle de

tempé-

rature, ^ce

qui permet

^de

définir n, p

^et

T,.

II. Les corps purs

[4].

^{- Les résultats ci-dessous}

sont relatifs ^au nickel, ^au

fer,

^{au cobalt et à deux}

FIG. 9. ^-

Corps

purs.

échantillons de

gadolinium.

^{Dans le tableau I sont}

rassemblées les valeurs de

p, T~,

^{déduites de la}

figure

^9.

FIG. 8. ^- Détermination de n et

de p

pour ^{le cobalt.}

78

TABLEAU 1

Sauf _pour le

gadolinium, l’exposant

^{n est très}

voisin de

3/4.

III. Les

alliages [5].

^{- Nous avons étudié}

quatre

alliages

de nickel-fer. Leurs titres ont été vérifiés au

préalable

par ^une étude de

paramagnétisme

^{dans un}

intervalle de

température

de 1700 au-dessus de leur

Fic. 10.

Paramagnétisme

^des

alliages

^de nickel-fer.

point

^{de Curie}

fig. 10).

^Les

températures

^{de Curie}

paramagnétiques

^{et les} constantes de Curie sont en

bon accord avec les valeurs connues

[6].

11. ^-

Alliages.

Le tableau II donne les valeurs de

T,,

déterminées à

partir

des courbes de la

figure

^11.

TABLEAU II

On ^constate une

légère

décroissance de

l’exposant 1 %n qui garde cependant

^{une valeur}

proche

^de

4/3

^cor-

respondant

^{à celle du fer et du nickel.}

IV. Les

ferrites.

^- La transition au

point

^{de Curie}

des corps

ferrimagnétiques présente

^une

grande

^ana-

logie

^{avec celle des} corps

ferromagnétiques.

^Les

courbes

(1/x, T)

^{à haute}

température présentent

également

^au

voisinage

^de

T,

^{une courbure}

positive

(fig. 12).

79

Fie. 12. ^-

Paramagnétisme

^{de la}

magnétite.

FiG. 13. ^- Ferrites

spinelles.

1. LES FERRITES SPINELLES Le tracé de

[log log( T - T,)]

^montre que l’on obtient des droites sur un intervalle de

température

compa- rable à celui obtenu pour les corps purs

fig. 13).

TABLEAU III

Des valeurs tirées du tableau

III,

^on

peut

^conclure que

l’exposant lin

^reste

toujours

^très voisin de

4/3.

Par contre, les valeurs

de p

^sont

beaucoup plus importantes

que celles

correspondant

^aux corps purs.

2. LES FERRITES GRENATS :

5Fe2o3-3M203*

^{- On}

obtient une droite pour le ferrite

d’yttrium,

^tandis que pour les deux ^ferrites de

gadolinium

^{et de}

dyspro-

FIG. 14. ^- Ferrites

grenats.

sium les courbes

présentent

^{une courbure}

régulière négative.

Il semble

cependant

que, pour des

températures

très voisines de

T,,

^la pente ^{de ces} courbes tende

vers la valeur

4/3 correspondant

^{à la}

pente

^{de la} droite relative au ferrite

d’yttrium.

80

Conclusion.

^- Les variations

(1/Z, T)

^au

voisinage

du

point

^{de Curie}

T,

^montrent

qu’une

^{loi :}

est

applicable

^{sur un} intervalle de

température

^de l’ordre de 250. La valeur

expérimentale

^de

1)n

est voisine de

4/3

pour la

plupart

^des corps étudiés. Nous proposerons ultérieurement une in-

terprétation théorique

^à

partir

^{du modèle d’Hei-}

senberg.

BIBLIOGRAPHIE)

[1]

^NÉEL

(L.),

^Ann.

Physique,

^{1932, 17, 5-105.}

[2]

^NÉEL

(L.), J. Physique

Rad., 1935, 7, ^27-34.

[3]

^DEVELEY

(G.)

^{et RIMET}

(G.), J. Physique

^Rad., 1963, 24, A 10, ^137-140.

[4]

^DEVELEY

(G.),

C. R. Acad. Sc. Paris, 1965, 260, 4951-4953.

[5]

^DEVELEY

(G.),

C. R. Acad. Sc. Paris, 1965, 261, 4659-4660.

[6]

^FALLOT

(M.), J. Physique

Rad., 1944, 5, 8, ^153-163.