MESURE D'AIMANTATION EN CHAMPS MAGNÉTIQUES INTENSES TRANSITOIRES OBTENUS PAR TECHNIQUE « CNARE »

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Submitted on 1 Jan 1971

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MESURE D’AIMANTATION EN CHAMPS MAGNÉTIQUES INTENSES TRANSITOIRES

OBTENUS PAR TECHNIQUE “ CNARE ”

M. Guillot, G. Bon Mardion

To cite this version:

M. Guillot, G. Bon Mardion. MESURE D’AIMANTATION EN CHAMPS MAGNÉTIQUES IN-

TENSES TRANSITOIRES OBTENUS PAR TECHNIQUE “ CNARE ”. Journal de Physique Collo-

ques, 1971, 32 (C1), pp.C1-122-C1-124. �10.1051/jphyscol:1971139�. �jpa-00214429�

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JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C I, supplkment au no 2-3, Tome 32, FPurier-Mars 1971, page C 1

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ME SURE D'AIMANTATION

EN CHAMPS MAGNETIQUES INTENSES TRANSITOIRES OBTENUS PAR TECHNIQUE CNARE >>

M. GUILLOT, G. BON MARDION

C. N. R. S. Ctdex no 166, Grenoble, C. E. N. G. Ctdex no 85, Grenoble

Rhumb. - Des champs magnetiques superieurs & 1 MOe sont obtenus par technique ⁽⁽Cnare ^)).Les mesures d'aimantation dans les composes magnetiques ordonnks s'effectuent a l'aide de I'effet Faraday ; les problemes experimentaux sont discutes. Les resultats obtenus, a temperature ambiante, sur Ie Ferrite Grenat de Gadolinium montrent une brusque discontinuit6 de la rotation Faraday like au decouplage de I'aimantation du sous-reseau terre rare sous l'action du champ exttrieur.

Abstract. - Magnetic fields up to 1 MOe can be achieved by ⁽⁽Cnare process. The magnetization measurements in ordered magnetic compounds are performed by the Faraday effect ; the experimental questions are discussed. The results obtained, at room temperature, on the Gadolinium Garnet Ferrite show a sudden discontinuity of the Faraday rotation, which is bound to the reversal of the rare-earth sublattice magnetization under the effect of the magnetic field.

I. Production de champ magnbtique voisin du megaoersted. - La technique << Cnare ^D[I] [2] dtri- vee de la compression de flux magnttique par explo- sif [3] [4] constitue une methode economique de production de champs magnetiques transitoires de l'ordre du mtgaersted. Notre montage, prtctdemment decrit [5] [6] [7], permet d'atteindre cette valeur dans un diametre utile de 2,5 mm a partir d'une batterie de condensateurs d'Cnergie relativement faible (de l'ordre de 15 kJ). SchCmatiquement, il est represent6 par une bobine de champ pulst a l'inttrieur de laquelle est introduite une feuille cylindrique d'aluminium (tpaisseur voisine de 0,2 mm) ; lorsque le courant de dtcharge de la batterie de condensateurs parcourt la bobine, cette feuille est le siege de tres forts courants induits ; par rtpulsion mutuelle, la feuille se met en mouvement et comprime le flux magnttique qui diffuse a travers elle ; une fraction de son tnergie cinetique se convertit ainsi en Cnergie magnttique. La duree de I'implosion varie suivant les conditions ini- tiales (batterie de condensateurs, tpaisseur de la feuille) entre 10 et 30 microsecondes. A chaque experience, la feuille mCtallique et la sonde de mesure sont dttrui- tes.

La mesure de l'aimantation d'une substance ferro- magnttique en champ implost est un probleme dtli- cat ; l'adaptation d'une technique de mesure dtrivte de celle utiliste en champ pulst qui repose sur la compensation prtalable de deux enroulements [8] s'est rtvtlte impossible ; par contre, les mesures bastes sur l'effet Faraday peuvent conduire, notamment dans les ferrites grenats de terre rare, a des resultats inttressants.

11. La mesure des aimantations par effet Faraday.

- 1 . DESCRIPTION DU MONTAGE. - La source lumineuse est un laser htlium-nton de faible puissance (quelques milliwats) qui fournit un faisceau de lumikre monochromatique (1 = 6 328

A)

peu divergent. Le polariseur et l'analyseur (type H N 22) sont situts de part et d'autre de l'tchantillon

a

proximitt immtdiate (Fig. 1). Compte tenu des conditions de sensibilitt, de linearit6 et de temps de rtponse, le photomultipli-

Sonde nesure

A

-

^Analyseur ^F- Fiitie inleifdrentiel

B - Bobine chomp primalre P

_

Poloriseui E - Echonttllon PM . Pholomuli~plicoteur

FIG. I. - Appareillage ^demesure d'aimantation par effet Faraday.

cateur est du type 56 TVP (rkponse spectrale S 20).

On tlimine au maximum la lumiere parasite, en parti- culier celle produite durant la compression, en blin- dant le chemin optique et en disposant devant le dttecteur un filtre interftrentiel bande ttroite (quelques dizaines d'angstroms) centree sur la longueur d'onde de mesure.

L'tchantillon est placC dans un tube cylindrique isolant de 3 millimetres de diametre exterieur a l'intt- rieur duquel circule le faisceau lumineux ; a son niveau se trouve la bobine de mesure du champ H(t) dont les fils de sortie sont soigneusement torsadts avant d'gtre relits 2 un d b l e coaxial, ceci afin de rtduire les surfaces parasites ; H(t) est obtenu en intCgrant la f. e. m. induite dans la bobine, la surface de la sonde ttant prtalablement dCterminCe

a

l'aide d'un faible champ de tres haute frCquence (400 kHz).

Avant l'exptrience, I7Cchantillon est centrt par rap- port & la feuille d'aluminium en recherchant le maximum de tension de sortie du photomultiplicateur.

Notons que l'tpaisseur de l'tchantillon est toujours

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1971139

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MESURE D'AIMANTATION EN CHAMPS MAGNETIQUES INTENSES TRANSITOIRES C 1

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tr&s faible (2 rnillim&tres pour les verres, 50 microns pour les tchantillons magnttiques) ; cela est rendu ntcessaire par la mauvaise homogtntitt axiale du champ implost, la composante perpendiculaire aux rayons lumineux pouvant produire une double rtfrac- tion de la lumi&re (effet Cotton-Mouton).

Les axes du polariseur et de l'analyseur sont reglts a Ill4 ; l'intensitt lumineuse reGue par le photomultiplicateur est donnte par :

dans laquelle I, reprtsente l'intensitt lumineuse ini- tiale et O(t) la variation dans le temps de la rotation Faraday rtsultant de l'application du champ H(t').

Pour tviter la saturation du photomultiplicateur, celui- ci n'est dtbloqut que durant une milliseconde ; l'im- pulsion d'ouverture est dtlivrte au temps ^{t o} quelques centaines de microsecondes avant celle commandant la dtcharge des condensateurs (t,).

Ce dispositif prtsente en outre l'avantage de s'affran- chir des instabilitts du laser puisque I, est mesurte durant t,

-

to, tout en laissant au dttecteur un gain important. VDM. tension de sortie du photomultipli- catkur et

H(;Y

sont enregistrts simuitantment sur plusieurs oscilloscopes (Fig. 2a, 2b).

f

VPM

320

I

kOe/div

t

D e s t r ~ o ~ ~ ~ ' ~ ~ "

I

^sonde

Fig: 20 - Verre Sovirel

I

^Fig:^{2 b}

^-

⁵^Fe,^0,.^3Gd,^0,

(Long-au: f = I , 5 m m ; V.constr de Lome rnonocristolline.

Verdet = 1,66°/kOe.crn)

8,

., = 2 2 5 degres

timox=x = 9 0 5 kOe Qmox

timax% 8 7 5 kOe (sonde)

epaisseur 5 0 y Hmox; l , 0 5 MOe ,

ti, = 3 2 0 kOe

- FIG. 2.

-

Oscillogrammes.

2. MISE AU POINT EXP~RIMENTALE. - Un niveau facilement mesurable et un temps de rtponse trQ rapide (100 manosecondes environ) pour VpM sont obtenus en fermant le photomultiplicateur sur une imptdance d'un kiloohm ; en absence de champ, le bruit de fond correspond une rotation d'environ

lonnage des sondes et des inttgrateurs, dtpouillement des enregistrements oscillographiques ...), la prtcision sur H(t) est tvalute a

,

³

^%,

celle sur 6(t) a

+

⁴

^%.

La mise au point de I'appareillage a kt6 effectute a I'aide d'tchantillons de verre Sovirel de constante de Verdet tgale 1,66o/kOe cm pour lesquels 6 est direc- tement proportionnel au champ appliqut ; la valeur de H,,, dtduite de 6 et celle obtenue par la sonde de mesure sont en bon accord (Fig. 2a).

Un probl&me important est constitut par la possi- bilitt d'un tchauffement de l'tchantillon au cours de la mesure : dans le cas des verres. la variation de l'indice de rtfriction en fonction de l a temptrature est t r b faible a ; elle entrainerait des fluctuations sur 6 (calcult a partir de la valeur de la constante de Verdet la temptrature ambiante) bien inftrieures la prtcision des mesures mCme si l'tltvation de temp6 rature atteignait plusieurs centaines de degrts. En ce qui concerne le ferrite de gadolinium (11.3) nous nous sommes assurts de la reproductibilitt des rtsul- tats lorsque variaient simultantment la durte d'implosion et le champ maximal puisque 1't1tvation de temptrature devrait Stre like a l'intensitt du courant induit dans la feuille (c'est-a-dire 2 la vitesse d'implosion).

3. ETUDE DE 5 Fe20, 3 Gd203. - Les experiences effectutes a la temptrature de compensation, 290 ^OK, sur une plaquette monocristalline (axe 110 perpendiculaire aux faces optiques) montrent une brusque discontinuitt de la rotation Faraday pour un champ HI tgal a 320 kOe (Fig. 2b) ; cette variation est like au renversement de I'aimantation du sous-rtseau terre rare.

Pour un ferrite grenat isotrope, Gusev [9] [lo]

montre que HI est donnt par :

dans laquelle M I reprtsente I'aimantation du sous- reseau Gd+3, M2 celle du sous-rCseau Fe+3 (ces ions sont supposts former un seul sous-rtseau magnttique), AH(t) un terme additionnel fonction de la temptrature que nous ntgligerons, et $ la suscepti- bilitt dans les champs suptrieurs a H I . $ est indtpen- dante de la temptrature et fonction des interactions d'tchange entre ions magnktiques.

En ne considtrant que les termes d'tchange entre ions Fef et ions Gd+3, on obtient $ tgal

a

M2/He, He reprtsentant le champ moltculaire sur les ions terre rare. Dans I'expression ci-dessus, nous ntgli- geons l'influence du champ exttrieur sur M2 puisque les interactions d'tchange ntgative ~ e + ~ - o - ' - F e + ~ sont plus importantes que l'tnergie dans le champ exttrieur. Au moment oh commence la rotation de l'aimantation du sous-rtseau terre rare, M I est donnt par la fonction de Brillouin :

20 minutes d'angle ; en absence d'tchantillon, il reste identique au cours d'un tir a haute tnergie (30 kJ) dans la mesure ou tous les circuits tlectroniques

sont soigneusement blindts et le photomultiplicateur En se limitant au premier ordre, on obtient : tloignt de plusieurs m&tres de la zone d'implosion et

de I'arc de dtcharge. H I = H e - He --- M ~ o •

-

+

.

!%(He

-

H,) +

...

Compte tenu des difftrentes sources d'erreur (tta- M, 3 S kT

(4)

C 1

-

¹²⁴ M. GUILLOT, G. BON MARDION

Avec M 2 tgal B l'aimantation a temptrature ambiante Remerciements. - Nous remercions le Service de d u ferrite d'yttrium, on dtduit de H I que He est Cgal Physique Gentrale du Centre d'Etudes de Limeil B 210 kOe ; valeur en bon accord avec celle mesurte (CEA/DAM/SDR) pour I'aide amicale et efficace par resonance [Ill. apportte au cours de la construction du montage.

[I] CNARE (E. C.), J. Appl. Phys., 1966, 37, 3812. [7] GUILLOT (M.), High Magnetic Fields, Conf. nottin- [2] CNARE (E. C.), Appl. Phys., Letters, 1967, 10, 111. gham, 1969.

[3] Les Champs Magnktiques Intenses - Colloque de ^,[8] JACOBS (I. S.), Rev. Sci. Instr., 1958, 29, 713.

grenoble - Ed. C. N. R. S. no 166. [9] GUSEV, Phys. Crystallogr., 1960, 4, 655.

[4] HERLACH (F.), Rep. Prog. in Phys., 1968, V . X X X I , 341. [lo] PACHOMOV (A. S.), GUSEV (A. A.), Fiz. Met. Metal- [5] GUILLOT (M.), C. R. Acad. Sci. Paris., 1968,267,1398. lov., 1964, 18, 156.

[6] GUILLOT (M.), C. R. Acad. Sci. Paris., 1969, 268, 830. [ l l ] GESCHWIND (S.), J. Appl. Phys., 1959, 30, 1635.