MÉCANISMES DE COUPLAGE ENTRE BASCULEMENTS DE DOMAINES FERROMAGNÉTIQUES

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Submitted on 1 Jan 1971

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MÉCANISMES DE COUPLAGE ENTRE BASCULEMENTS DE DOMAINES

FERROMAGNÉTIQUES

J. Guilmart, J. de Lustrac

To cite this version:

J. Guilmart, J. de Lustrac. MÉCANISMES DE COUPLAGE ENTRE BASCULEMENTS DE DO- MAINES FERROMAGNÉTIQUES. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C1), pp.C1-394-C1-395.

�10.1051/jphyscol:19711137�. �jpa-00213955�

JOURNAL DE PHYSIQUE

Colloque C 1, supplément au n° 2-3, Tome 32, Février-Mars 1971, page C 1 - 394

MÉCANISMES DE COUPLAGE ENTRE BASCULEMENTS DE DOMAINES FERROMAGNÉTIQUES

J. GUILMART et J. de LUSTRAC (*)

Résumé. — Lors d'une variation de l'aimantation, les basculements de domaines ferromagnétiques présentent des interactions. Pour décrire ce comportement, de nombreux modèles ont déjà été étudiés ; on en propose un nouveau* ren- dant compte à la fois des processus de couplage et de blocage.

Les mesures statistiques de durées entre les basculements font apparaître deux catégories d'intervalles ; l'estimation de la densité spectrale énergétique du bruit Barkhausen indique la présence d'un maximum aux basses fréquences. Tous ces résultats confirment les hypothèses présentées.

Enfin, l'existence de champs de couplage entre domaines permet de justifier qualitativement le modèle en précisant les corrélations spatiales entre basculements.

Abstract. — Interactions are occuring between the tiltings of ferromagnetic domains, during a variation of magne- tisation. In order to describe this behaviour, many theoretical models have already been studied : a new one is introduced, which is showing at the same time the processes of coupling and blocking.

Statistical measurements of the time elapsing between the discontinuities show two kinds of intervals ; the estimate of the power spectrum of Barkhausen noise reveals a maximum at low frequencies. All these results agree with the above mentioned hypotheses.

Finally, the assumption of a coupling field between the domains gives a qualitative justification for the model and states the spatial correlations of the tiltings.

On sait que l'aimantation d'un matériau ferroma- gnétique se produit par sauts brusques, correspondant au basculement de la magnétisation des domaines. Ce phénomène apparaît sous forme d'impulsions de ten- sion induites dans un circuit entourant l'échantillon et qui forment le bruit de Barkhausen. Le déroulement temporel du processus présente un intérêt particulier pour la compréhension du ferromagnétisme.

1. Modèles utilisés. — 1.1 On a essayé de décrire les instants de basculements par un processus à inter- valles indépendants n'obéissant pas à la loi exponen- tielle qui caractérise un processus de Poisson (voir en particulier Sawada [1] et Mazetti [2]). Un certain nombre d'autres considérations développées par Montalenti [3] conduisent à rejeter le modèle.

1.2 L'observation oscilloscopique, confirmée par certaines mesures (voir Bittel [4]) indique l'existence de groupements d'impulsions. Cette notion a pu être em- ployée pour calculer le spectre du bruit par Arques [5].

Bittel [6] a d'ailleurs montré que l'on doit observer deux zones plus ou moins distinctes où la densité spsctrale décroît, pour des fréquences inverses des durées respectives des groupes, puis des impulsions élémentaires.

Par contre, les hypothèses simples (indépendance des groupes d'impulsions) ne permettent pas aisément de rendre compte du maximum observé dans le spectre.

1.3 Nous avons ainsi été amenés à compléter le modèle de groupes d'impulsions par une hypothèse supplémentaire : il existerait une liaison Statistique entre la durée d'un groupe d'impulsions et l'intervalle qui le sépare du groupe suivant.

Nous avons précisé les hypothèses et effectué les calculs correspondants [7]. Le résultat fait apparaître en plus du spectre du processus de Poisson l'existence d'un « terme de couplage » présentant un maximum pour une fréquence relativement basse.

Cette communication a pour but d'exposer les résul- (i) Centre d'Etude des Phénomènes Aléatoires (CEPHAG) (associé au C. N. R. S.), 46, av. Félix-Viallet, 38-Grenoble (France).

tats expérimentaux qui confirment ce point de vue, et les mécanismes qui peuvent expliquer l'origine des corrélations.

2. Justifications expérimentales. — Les justifications de l'existence de groupes d'impulsions et les relations entre leurs durées et leurs intervalles, peuvent être recherchées par l'étude statistique des temps qui sépa- rent les impulsions, ou par la mesure de la densité spectrale du bruit.

2.1 La loi des durées d'intervalles a été étudiée dans notre laboratoire avec les particularités expéri- mentales suivantes :

— Les mesures ont été faites sur un intervalle étendu de valeurs (pratiquement de 10 us à 0,1 s, soit 4 décades).

— Grâce à un dispositif générateur de bruit ferro- magnétique stationnaire mis au point dans notre laboratoire [8], on a pu facilement choisir différentes vitesses de variation éH/dt du champ appliqué et observer l'influence de cette vitesse.

Un exemple illustrant les résultats obtenus est donné figure 1. De nombreuses mesures effectuées pour différents matériaux et différents champs appliqués confirment l'hypothèse de la formation de groupes d'impulsions : en effet, on observe dans presque tous les cas deux catégories d'intervalles :

— Intervalles intérieurs aux groupes de durée indépendante de dH/dt ;

— Intervalles entre groupes, de durée inversement proportionnelle à âH/dt.

2.2 La densité spectrale énergétique du bruit a pu être étudiée jusqu'à des fréquences très basses, par suite de la stationnante du bruit obtenu dans notre dispositif [8]. On atteint pratiquement l'intervalle de fréquence 0,2 Hz à 10 kHz et plus, pour des vitesses de variation de plusieurs Oe/s.

Les mesures, dont un exemple est donné figure 2, indiquent l'existence d'un maximum. Ce maximum a déjà été observé plus ou moins clairement par de nom- breux auteurs ; quand il n'apparaît pas, c'est sans doute

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19711137

MÉCANISMES DE COUPLAGE ENTRE BASCULEMENTS DE DOMAINES FERROMAGNÉTIQUES

- ³⁹⁵

tenu du fait que la densité de probabilité des durées d'intervalles ne présente pas de maximum.

Il nous semble donc que l'ensemble des mesures de durées entre impulsions et de densité spectrale suffit à justifier les hypothèses exposées au début.

f't.

l ^'i

^3. Justifications théoriques. - On peut suggérer un

=

.

: . ^* mécanisme de couplage entre basculements de domai-

'*<?:

* nes qui rende compte des résultats observés.

,

' ^3.1 La formation de groupes d'impulsions corres-

i.5 rns

pond au fait que le basculement d'un domaine crée un champ supplémentaire qui favorise le basculement d'un autre domaine.

X

W P

FIG.

Répartition des durkes entre basculements. Echan- tillon de FeNi, Champ appliqué

H

Oe. Vitesse de varia-

tion du champ dH/dt

0,33 Oe/s et 0,166 Oe/s.

f

0.1 1 10 ln2 1 0 3 HZ in4

FIG. 2. - Densité spectrale énergétique. Echantillon de FeSi.

Champ appliqué : H

Oe. Vitesse de variation du champ dH/dt

4

0,062 Oe/s.

parce qu'il se trouve en dehors de la région étudiée.

L'existence de ce maximum ne constitue pas une preuve de la corrélation indiquée entre durées et intervalles de groupes : on a cependant là une forte présomption, puisque le modèle de [7] est le seul qui indique l'existence d'un maximum du spectre, compte

FIG. 3.

Mécanisme de couplage entre domaines alignés dans le sens du champ.

La figure 3 représente schématiquement un tel mécanisme. On a assimilé les domaines D et D' alignés dans le sens du champ à des dipôles (ml et mi au départ). Le basculement de D sous l'influence du champ H fait passer le champ de couplage créé par D de hl à h,. Le basculement de D favorisera donc le basculement de D' (en un temps très court, limité seulement par les courants de Foucault) et de proche en proche se formera dans le sens de H une « chaîne

de dipôles basculant simultanément.

3.2 Les intervalles entre groupes font intervenir le couplage entre les dipôles D et D" placés transversa- lement par rapport au champ (figure 4).

FIG. 4. - ^Mécanisme de blocage entre domaines placés trans- versalement par rapport au champ.

Le basculement de D sous l'influence de H fait passer le champ de couplage créé par D de hl à h,, ce qui a pour résultat de maintenir D" dans sa position de départ.

On voit qu'il existe un temps

pendant lequel Du ne peut pas basculer, inversement proportionnel à dH/dt, d'autant plus grand que le nombre de domaines adjacents tels que D est plus grand.

Bibliographie

[il SAWADA (H.), J. Physical Society Japan, 1952, 7 , 564. [5] ARQUES (P.-Y.), J. de Physique, 1968, 29, 369.

[2] MAZZETTI

NUOVO Cimento, 1964, 31, 88. [6] BITTEL (H.), « Traitement du Signal », CEPHAG, [3 J MONTALENTI (G.), Revue de Physique Appliquée, 1970, Grenoble, 1964, p. 489.

5,87. [7] DE LUSTRAC (J.) et GUILMART (J.), Comptes Rendus

[4] B ~ (H.) et WESTERBOER L (J.), Annalen der Physik, Acad. Sei. Paris, 1970.

1959,4,203. [8] DE LUSTRAC (J.), J. de Physique, 1969, 30, 715.