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Submitted on 1 Jan 1959
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Rapport sur les recherches magnétiques effectuées pendant ces dernières années en Italie
Giorgio Montalenti
To cite this version:
Giorgio Montalenti. Rapport sur les recherches magnétiques effectuées pendant ces dernières années en Italie. J. Phys. Radium, 1959, 20 (2-3), pp.208-214. �10.1051/jphysrad:01959002002-3020800�.
�jpa-00236019�
RAPPORT SUR LES RECHERCHES MAGNÉTIQUES EFFECTUÉES
PENDANT CES DERNIÈRES ANNÉES EN ITALIE Par GIORGIO MONTALENTI,
Institut Électrotechnique National " Galileo Ferraris ", Turin, Italie.
Résumé.
2014On donne
unaperçu des recherches principales qui ont été entreprises
enItalie pendant
cesdernières années
surle ferromagnétisme. Au sujet des couches minces,
on amontré que l’intensité d’aimantation
enfonction de l’épaisseur est plus petite que la valeur prévue par la théorie. On
aaccompli plusieurs travaux
surle traînage magnétique,
enparticulier
ceuxqui
établissent
unecorrespondance entre le frottement intérieur mécanique et magnétique causé par les frontières entre grains; la théorie est
enbon accord qualitatif
avecles faits expérimentaux.
Sur les phénomènes d’hystérésis,
on agénéralisé le modèle de Preisach et l’on démontre que, lorsqu’un cycle d’hystérésis et la courbe de première aimantation sont donnés,
onpeut prévoir
unparcours
quelconque de la courbe J 2014 H. D’autres études ont été faites
surl’effet Barkhausen. En parti- culier,
on apu prévoir la courbe de la densité spectrale du « bruit de Barkhausen », lorsque la forme
d’une impulsion singulière est donnée ; l’accord entre la théorie et l’expérience est satisfaisant.
D’autres travaux ont été exécutés dans le but d’employer les ferrites dans des guides d’onde, pour obtenir des atténuateurs
nonréciproques.
Abstract.
2014In this communication
wegive
asurvey of the main fields of research in ferro-
magnetism made in Italy during the last few years. It has been shown that in thin films the intensities of magnetization at various film thicknesses
arelower than the theoretical values.
Some work has been done
onmagnetic viscosity : in particular, it
wasshown that there is
amagnetic
after-effect associated with mechanical relaxation due to grain boundary slip ; the theory is in qualitative agreement with the experimental data. In the theory of hysteresis, the Preisach model has been generalized and it has been proved that all possible J 2014 H
curvesfor
agiven
material
canbe deduced from the magnetization
curveand the saturation hysteresis loop. Other research
wasdone
onthe Barkhausen effect. In particular, the energy spectrum of Barkhausen noise
canbe predicted from the shape of
asingle pulse ; the agreement between the theory and
the experimental data is satisfactory. The
useof ferrites in waveguides
asnon-reciprocal atte-
nuators has also been investigated.
LE JOURNAL DE
PHYSIQUE
ET LE20, FÉVRIER 1959,
Les laboratoires ita,liens où l’on s’occupe des
recherches qui font l’objet du présent rapport sont : l’Institut de Physique de l’Université de Ferrara et une section de l’Institut Électrotechnique
National Galileo Ferraris.’Les recherches effectuées par d’autres auteurs sur le même sujet dans des
laboratoires différents ont toujours
euun caractère
tout à fait occasionnel.
Pour des raisons de commodité et de clarté il convient de diviser le rapport selon les sujets de
travail plutôt qu’en suivant un critère chrono- logique. Plus précisément
onexposera les sujets
suivants : propriétés magnétiques des couches minces ; traînage magnétique ; effet Barkhausen ; hystérésis.
a) Couches minces.
-Les études
surles pro-
priétés des couches minces ferromagnétiques ont été
effectuées par le Professeur Drigo à l’Institut de
Physique de l’Université de Ferrara. On discute
encore pour savoir si un réseau d’atomes ferroma-
gnétiques, ayant deux dimensions seulement, peut
ou ne peut pas être ferromagnétique, c’est-à-dire
présenter une aimantation spontanée. Une théorie avancée par Klein et Smith [1] nous porte à répon-
dre affirmativement à cette question, en prévoyant toutefois une diminution sensible de l’aimantation spontanée avec l’épaisseur de la couche, et cela à partir d’une centaine de couches atomiques. Les
mesures effectuées dans ce but par Drigo [2], qui uti-
lise une balance de torsion très sensible dans le vide,
ont
eule double but de déterminer la température
de Curie à laquelle les diverses couches, d’épaisseurs différentes, cessent d’être ferromagnétiques, et de
mesurer l’aimantation spontanée de ces couches à
la température ambiante. Les résultats rapportés
à la figure 1 montrent une diminution de la tempé-
rature de Curie avec l’épaisseur, en bon accord
avec les théories de Klein et de Smith, tandis que l’aimantation spontanée, bien qu’elle diminue avec l’épaisseur, reste systématiquement plus grande que le prévoit la théorie. La question fondamentale de
savoir si un réseau à deux dimensions est ferro-
magnétique, comme le laisseraient prévoir aussi les plus récents calculs de Chang [3], est restée toute-
fois sans confirmation à cause de la sensibilité insuffisante des dispositifs de mesure. Dans un autre
travail le même auteur [4] démontre que les couches de fer, cobalt, nickel, d’une épaisseur de 10-5 cm présentent des anomalies dans l’effet Barkhausen,
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01959002002-3020800
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dans la magnéto-résistance, dans la courbe de première aimantation, dans les figures de Bitter-
Elmore.
b) Traînage de difhusion.
-CALCUL
DELA CHALEUR D’ACTiVATION.
--De nombreux tra- vaux [5], [6], [7] effectués à 1’l. E. N. G. F. ont été
consacrés à l’étude du traînage magnétique causé
par la diffusion d’atomes interstitiels dans des structures cristallines cubiques centrées. Quel-
ques-uns de ces travaux ont été exécutés dans le but de confirmer l’équivalence entre le traînage magnétique et le frottement mécanique interne.
Fast et Meyjering [9], Dijkstra et Sladek [10] ont
étudié la diffusion d’azote interstitiel dans les
alliages de fer, en mesurant l’amortissement d’oscil- lations mécaniques, et ils ont trouvé que l’azote diffuse en partie comme dans ’le fer pur, et en
partie avec une chaleur d’activation plus élevée.
Sur la base de ces résultats on a pensé examiner
ce
qui se passe dans le traînage magnétique. En expérimentant sur du fer silicium
on aconclu que même ici une partie du carbone diffuse comme dans le fer pur, et une partie avec une chaleur d’acti-
vation plus élevée. Étant donné l’étroite analogie
entre le frottement interne mécanique et le traî-
nage magnétique
ona estimé opportun de tenter
une interprétation [7] des faits plutôt que de répéter
les expériences de traînage magnétique sur les
mêmes alliages.
Considérons un réseau cristallin cubique cen-
tré comme constitué par des sphères rigides de
diamètre atomique égal à celui de l’atome qui cons-
titue la matrice comme il est dessiné à la figure (2A)
dans le cas du fer. Dans une maille élémentaire il reste des interstices vides. Pour qu’un atome inters-
titiel
«entre )) dans un interstice il est nécessaire que les atomes voisins représentés par deux sphères
s’écartent. Il se produira ainsi une énergie de’défor-
mation élastique.
Dans le cas du carbone diffusant dans le fer
l’allongement relatif et nécessaire pour que l’atome de carbone puisse
«entrer » dans l’interstice, sera :
La diffusion des atomes interstitiels intervient à volume constant. Dans le calcul de l’énergie on doit
par conséquent considérer seulement l’énergie de
distortion élastique causée par l’atome interstitiel
qui
«entre » dans l’interstice. Cette énergie rap-
portée à une molécule gramme et à un volume égal
à une maille vaut :
où N est le nombre d’Avogadro, a3 le volume d’une
maille élémentaire, A l’équivalent mécanique de la chaleur, G le module de cisaillement, et l’allon- gement causé par l’atome interstitiel. En tenant
compte de la formule (1) et en appliquant la f or-
mule (2) au cas du carbone qui diffuse dans le fer
on obtient : Q
=27 000 cal/at.g. Si l’on tient
compte des approximations introduites par le
calcul, ce résultat indique que la voie suivie n’est pas erronée. Il est donc utile d’étendre ce modèle
aucas d’atomes interstitiels qui diffusent dans des alliages ayant une structure cubique à corps centré.
En examinant les faits rapportés dans la littérature
on peut observer en effet que la chaleur d’activation de diffusion d’un atome interstitiel est d’autant
plus grande que la différence entre le diamètre
atomique de l’atome constituant la matrice et le diamètre atomique de l’atome de substitution abstraction faite de son signe.
Considérons maintenant la figure (2B). Elle cor- respond à une section le long d’un plan 110 d’une
maille élémentaire ayant un atome de substitution de diamètre atomique supérieur à celui des autres
atomes constituant la matrice. Comme
onpeut le
constater les sites 1
,0,
>0 (sur les arêtes) sont
élargis par rapport à ceux de la figure (2a). Les
1 1B
sites (0 1/2, 1/2) 2 2/ au centre des faces sont au contraire
rétrécis par rapport à ceux de la figure (2a). Plus
FIG. 1.^- Variation de la température de Curie
enfonc-
tion de l’épaisseur des couches minces selon Klein et Smith. Les points représentent les données expérimen-
tales obtenues par Drigo
surdes couches de Fe-Co-Ni.
précisément, en supposant toujours valable le
modèle de sphères proposé, le raccourcissement ou
l’allongement des sites est égal à la différence AR entre les diamètres atomiques d’un atome de la
matrice et d’un atome de substitution. Sur cette
base on peut calculer simplement le surplus de la
chaleur d’activation pour un atome interstitiel dif- fusant dans un alliage du fer [7]. Les calculs de la
chaleur d’activation dans les processus de diffusion
FIG. 2.
-Section
surle plan (110) d’un élément
c. c. c.de fer
a.a) Fer pur. b) Alliage de fer
avec unatome de
substitution plus grand
aucentre de l’élément. c) Alliage
du fer
avec unatome de substitution plus petit
aucentre
de l’élément.
ont été repris rigoureusement par A. Ferro [8] et
les résultats sont rapportés dans le tableau I.
Comme
onle voit, l’accord est très satisfaisant.
TABLEAU 1
VALEURS THÉORIQUES
ETEXPÉRIMENTALES
DE
L’ÉNERGIE D’ACTIVATION
Références : FERRO (A.), J. Appl. Physics, 1957, 2,
895. FERRO (A.) et MONTALENTI (G.), Ricerc. Scient., XXV, 1955, 11, 3070.
(*) Calculée
commesurplus de la chaleur d’activation
enrelation
avecles valeurs expérimentales relatives
auxatomes de carbone diffusant dans du fer pur.
VÉRIFICATION
DE LATHÉORIE
DENÉEL SUR LE TRAINAGE DE DIFFUSION.
-On sait qu’on doit à
L. Néel [11], [12] la théorie fondamentale du traî- nage de diffusion. Si l’on fait les mesures point par
point la théorie prévoit deux expressions différentes du champ de traînage, selon qu’il s’agit d’une paroi
à 180o ou à 900. P. Brissonneau [13] le premier
a