Aimantation spontanée des ferrites

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Aimantation spontanée des ferrites

René Pauthenet, L. Bochirol

To cite this version:

AIMANTATION

SPONTANÉE

DES FERRITES

Par RENÉ PAUTHENET et L. BOCHIROL.

Sommaire. 2014 Les auteurs ont étudié les variations de l’aimantation à saturation des ferrites

de _magnésium et de cuivre en fonction de la _température de _trempe et montré que leurs résultats

pouvaient s’interpréter par une théorie de L. Néel relative à l’équilibre des ions bivalents entre les sites A et les sites B.

Ils ont _également étudié la variation _thermique de l’aimantation _spontanée des ferrites de nickel,

de cobalt et de fer. Les résultats s’accordent avec la théorie de L. Néel, en utilisant les constantes de champ moléculaire déduites des _expériences de Fallot et Maroni, relatives à la _{région paramagnétique.} LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME _12, MARS 10:J l, PAGE

Depuis

quelques

années,

l’étude de la variation

thermique

de l’aimantation

_spontanée

des ferrites s’est

_beaucoup

_{développée.}

Pour la variation

com-plète,

on ne

_possédait

_{alors que d’anciennes} mesures

de P. Weiss sur la

_magnétite

_[1].

L’étude de ce ferrite a été

_reprise

_par P. Weiss et R. Forrer

_[2]

aux basses

_{températures jusqu’à}

la

_température

ordinaire. Récemment Ch. Guillaud a étudié dans

ce même domaine de

_température

les ferrites de Mn

et de Co

_[3],

_{ainsi que les ferrites mixtes de}

_Ni-Zn[41,

de Co-Zn

_[5],

de Mn-Zn

_[5],

_{tandis que} E. W.

Gor-ter

_[6]

a donné les valeurs de l’aimantation à

satu-ration absolue de

_plusieurs

séries de ferrites mixtes de Zn avec l’un des constituants suivants :

Mn, Fe,

Co,

Ni,

Mg.

Afin

_{d’éprouver}

la validité de la théorie du

_{ferrimagnétisme}

_proposée

récem-ment _{par L. Néel}

_[7],

nous avons fait cette étude

pour un

_grand

nombre de ferrites

_depuis

la

tempé-rature de

_{l’hydrogène}

_liquide

ou azote

_liquide

bouillant sous la

_{pression atmosphérique, jusqu’au}

point

de Curie

_{ferromagnétique}

du

ferrite;

ce

rap-port

donne les résultats

_{expérimentaux}

et leur

inter-prétation théorique

pour les ferrites de

Mg,

Cu,

Ni, Co,

préparés

par MM.

Weil,

Bertaut et

Bochirol,

ainsi que pour la

magnétite

naturelle.

Les aimantations ont été mesurées _{par la} méthode

d’extraction axiale décrite par P. Weiss et R.

For-rer

_[8],

avec un

_champ

maximum de 20000 Oe et

une correction

_{d’images magnétiques}

de

5,5

pour i oo.

L’aimantation

_spontanée

Ûs à une

_température

donnée a été obtenue en

_extrapolant

vers l’abscisse

nulle la courbe

_{représentant}

l’aimantation

spéci-fique

c en fonction de l’inverse

-j¡

du

_champ

inté-rieur,

et l’aimantation à saturation absolue en

extrapolant

jusqu’au

zéro absolu la courbe de varia-tion de l’aimantation

_spontanée

en

_fonction

de la

température,

Aimantation à saturation absolue du ferrite

de Cu et du ferrite de

_3Ig.

-- L. Néel avait

signalé

[7]

que le moment à saturation d’un ferrite de cuivre

_trempé

était

_supérieur

à celui d’un ferrite recuit.

_{L’expérience}

a montré

_qu’il

en est de même pour le ferrite de

magnésium

et _{que la valeur du} moment

_dépend

de la

_température

_{depuis laquelle}

le ferrite a été

_trempé.

Dans cet ordre

_d’idées,

nous avons déterminé

la

_grandeur

de la saturation absolue d’une série d’échantillons de ferrite de cuivre et de ferrite de

magnésium

systématiquement

trempés

à l’eau à la

température

ordinaire

_depuis

des

_{températures}

comprises

entre 200 et i -ooo C.

Nous

donnons

ci-dessous la valeur du moment

moléculaire à saturation

_exprimé

en

_magnétons

de Bohr

_(i

_p-1, =

5585)

en fonction de la

tempé-rature de

_trempe.

Fe2O3CuO.

Fe2O3MgO.

Qualitativement

L. Néel

_{[7], [9]}

_explique

cette

variation du moment en

_supposant

_que dans ce

250

ferrite à structure mixte la

_{proportion x}

d’ions Cu

sur les sites A est une fonction de la

_température

T à

_laquelle

est

_porté

ce ferrite et

_qu’en

outre, une

. trenpe

brutale

_depuis

la

_température

T maintient en faux

_équilibre

à des

_{températures}

inférieures la

_répartition

des ions à la

_température

T.

Récem-ment

_{[9], [10],}

le même auteur a donné de ces

pro-priétés

une

_{interprétation}

_{quantitative :}

les

hypo-thèses de

_{l’antiparallélisme}

des aimantations spon-tanées et de la

_{répartition statistique}

des ions en fonction de la

_température

sur

_.chaque

sous-réseau

_permettent

_d’exprimer

les relations suivantes

entre le moment à saturation de la molécule

Fe20slBIO (M

==

Cu,

Mg)

et la

température

de

trempe

T.

dans

_lesquelles

m est le moment effectif de l’ion bivalent

M,

exprimé

en

_magnétons

de

Bohr, 0

une constante

_{caractéristique}

de l’ion

bivalent,

propor-tionnelle à

_l’énergie

_{nécessaire pour faire passer} un ion M d’un site B sur un site A.

Fig. I.

Sur le

_graphique

i, nous avons

_représenté

nos

points expérimentaux

ainsi _que les courbes

théo-riques

;J./;

(T°

K)

relatives pour

Nos résultats

_{expérimentaux justifient}

la validité .

des deux

_{hypothèses précitées;}

toutefois,

d’une

_part

les erreurs

_{d’expériences,}

_portant

_{principalement}

sur la valeur de la

_température

de

_trempe,

ne

per-mettent pas de déterminer la

_part

du moment orbital dans le moment total de l’ion

Cu,

d’autre

part

le _{passage des ions d’une}

_place

à l’autre semble

s’arrêter _pour

_Fe,O,MgO

au-dessous d’une

tempé-rature de

₇₅₀₀

K.

Variation

_thermique

de l’aimantation

spon-tanée des ferrites de

_{Ni, Co,}

Fe.

_{Interprétation}

théorique.

- L. Néel

[7]

a montré antérieurement

comment calculer l’aimantation

spontanée

d’un ferrite en fonction de la

_température

connaissant

les coefficients de

_champ

moléculaire n, d et

_~.

~

Fig. 2 et 3.

Récemment

_{[ 10],}

afin de tenir

_compte

de la variation

thermique

des coefficients de

_champ

moléculaire,

le même auteur a

_repris

cette théorie en

_posant

n =

_{-[-y T), a}

_{et ~}

étant _{constants, y} étant

251

l’interprétation théorique

de nos résulstats nous avons

_transposé

cette nouvelle donnée dans la théorie antérieure.

Les coefficients n, a,

p,

y et le

point

de Curie

paramagnétique (B/)

ont été déduits des mesures

paramagnétiques

de P. Maroni

_{f 11}

_J

sur ces ferrites.

Nos résultats

_{expérimentaux}

ont fait

_l’objet

d’une

_précédente

_publication

_[12].

Nous

repro-duisons ci-dessous le moment moléculaire à

satu-ration

_exprimé

en

_magnétons

de

Bohr,

le

_point

de Curie

_{paramagnétique}

déduit des mesures et

celui calculé

_{théoriquement.}

Sur les

_{graphiques 2}

et 3, la courbe

_{expérimentale}

est

_{représentée}

en trait

_interrompu,

la courbe

théo-rique

en trait

_plein,

les deux courbes sont

_rapportées

au

point

de Curie

paramagnétique

calculé. Le

gra-phique 2

est relatif au ferrite de

_nickel,

le

_graphique

3

au ferrite de cobalt et à la

_magnétite.

Nous remarquons que

l’interprétation

proposée

rend

_compte

de

_façon

satisfaisante de nos résultats

expérimentaux.

Remarque

de M. Casimir. - La courbe

repré-sentant la saturation en fonction de la

température

ne _{devient-elle pas horizontale} vers le zéro absolu? Il me

_semble,

sans en être absolument

sûr,

que le théorème de Nernst

_exige

une

_tangente

horizontale

à

Réponse

de M. Néel. -- Du

point

de vue

expé-rimental,

on observe _{souvent pour} les. ferrites une

décroissance linéaire de l’aimanation à saturation

depuis

la

_température

de l’air

_liquide

_jusqu’à

la

température

ordinaire. L’infléchissement de la courbe pour

donner,

conformément à la

théorie,

une

_tangente

horizontale au zéro absolu doit se

produire

à

_{température plus}

basse.

Remarque

de lt1. Guillaud. -

L’adoption

d’une loi _{linéaire pour calculer l’aimantation} à saturation par

extrapolation

au zéro absolu ne conduit d’ailleurs

qu’à

une erreur très faible dans le cas où la

_tangente

à la courbe deviendrait horizontale au zéro absolu.

Remarque

de M. C. J. Gorler. - Cette

question

n’a

_qu’un

intérêt très _{secondaire pour} ceux

_qui

s’intéressent à la valeur de la saturation au zéro

absolu,

mais c’est une

_question

de

_principe

de savoir

si,

et à

_quelle

_{température,}

la

_mécanique

quantique

et la loi de Nernst _{interviennent pour}

assurer la condition

d,7

= o. Il n’est pas

complè-‘lT

tement évident _que le

_désordre,

et donc

_{l’entropie,}

disparaisse

au zéro absolu : il me semble

_probable

que l’on aboutit à des

phénomènes

de relaxation

qui empêchent

l’établissement de

_{l’équilibre}

thermo-dynamique

aux

_{températures}

les

_plus

basses.

Remarque

de M. Van Vleck. - It is

very

grati-fying

that the

_temperature

_dependence

of the saturation below the Curie

_point

can be caculated so well with the molecular field model. This

is,

of course,

_only

an

_{approximation}

to a

_rigorous

treatment which is

_practically

_impossible

to make

and so it is _very

_{helpf ul}

to fi nd that there is a

_simple

model which is a

_good

approximation.

BIBLIOGRAPHIE.

[1] WEISS P. 2014

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[9] NÉEL L. 2014 Ann. Inst. Fourier, 1949, 1, 163. [10] NÉEL L. - C. R. Acad. Sc., 1950, 230,

190.

[11] MARONI _P., à _paraître.