Coercitivité - Coercivity
La coercivité , également appelée coercivité magnétique , champ coercitif ou force coercitive , est une mesure de la capacité d'un matériau ferromagnétique à résister à un champ magnétique externe sans se démagnétiser . La coercivité est généralement mesurée en unités oersted ou ampère /mètre et est notée H C .
Une propriété analogue en génie électrique et en science des matériaux , la coercivité électrique , est la capacité d'un matériau ferroélectrique à résister à un champ électrique externe sans se dépolariser .
Les matériaux ferromagnétiques à haute coercivité sont appelés magnétiquement durs et sont utilisés pour fabriquer des aimants permanents . Les matériaux à faible coercivité sont dits magnétiquement doux . Ces derniers sont utilisés dans les noyaux de transformateur et d' inducteur , les têtes d'enregistrement , les dispositifs à micro - ondes et le blindage magnétique .
Définitions
La coercivité dans un matériau ferromagnétique est l'intensité du champ magnétique appliqué ( champ H ) nécessaire pour démagnétiser ce matériau, une fois que l'aimantation de l'échantillon a été amenée à saturation par un champ puissant. Ce champ démagnétisant est appliqué à l'opposé du champ saturant d'origine. Il existe cependant différentes définitions de la coercivité, en fonction de ce qui compte comme « démagnétisé », ainsi le simple terme « coercivité » peut être ambigu :
- La coercivité normale , H Cn , est le champ H requis pour réduire le flux magnétique ( champ B moyen à l'intérieur du matériau) à zéro.
- La coercivité intrinsèque , H Ci , est le champ H requis pour réduire l' aimantation ( champ M moyen à l'intérieur du matériau) à zéro.
- La coercivité de rémanence , H Cr , est le champ H requis pour réduire la rémanence à zéro, ce qui signifie que lorsque le champ H est finalement ramené à zéro, B et M tombent également à zéro (le matériau atteint l'origine de la courbe d'hystérésis ).
La distinction entre la coercivité normale et intrinsèque est négligeable dans les matériaux magnétiques doux, mais elle peut être significative dans les matériaux magnétiques durs. Les aimants de terres rares les plus puissants ne perdent presque rien de l'aimantation à H Cn .
Détermination expérimentale
| Matériel | Coercivité (kA/m) |
|---|---|
|
Supermalloy (16 Fe :79 Ni :5 Mo ) |
0,0002 |
| Permalloy ( Fe :4 Ni ) | 0,0008–0,08 |
| limaille de fer (0,9995 poids ) | 0,004 à 37,4 |
| Acier électrique (11Fe:Si) | 0,032–0,072 |
| Fer brut (1896) | 0,16 |
| Nickel (0,99 poids) | 0,056–23 |
|
Aimant en ferrite (Zn x FeNi 1−x O 3 ) |
1,2–16 |
| 2Fe:Co, pôle de fer | 19 |
| Cobalt (0,99 poids) | 0,8–72 |
| Alnico | 30-150 |
| Support d'enregistrement du lecteur de disque ( Cr : Co : Pt ) |
140 |
| Aimant néodyme (NdFeB) | 800-950 |
| 12 Fe :13 Pt (Fe 48 Pt 52 ) | 980 |
| ?( Dy , Nb , Ga ( Co ):2 Nd :14 Fe : B ) | 2040-2090 |
| Aimant samarium-cobalt (2 Sm :17 Fe :3 N ; 10 K ) |
<40-2800 |
| Aimant samarium-cobalt | 3200 |
Typiquement, la coercivité d'un matériau magnétique est déterminée par la mesure de la boucle d' hystérésis magnétique , également appelée courbe de magnétisation , comme illustré sur la figure ci-dessus. L'appareil utilisé pour acquérir les données est généralement un magnétomètre à échantillon vibrant ou à gradient alternatif . Le champ appliqué où la ligne de données croise zéro est la coercivité. Si un antiferromagnétique est présent dans l'échantillon, les coercivités mesurées dans les champs croissants et décroissants peuvent être inégales en raison de l' effet de biais d'échange .
La coercivité d'un matériau dépend de l'échelle de temps sur laquelle une courbe d'aimantation est mesurée. L'aimantation d'un matériau mesurée à un champ inversé appliqué qui est nominalement plus petit que la coercivité peut, sur une longue échelle de temps, se détendre lentement jusqu'à zéro. La relaxation se produit lorsque l'inversion de l'aimantation par le mouvement de la paroi du domaine est activée thermiquement et est dominée par la viscosité magnétique . La valeur croissante de la coercivité aux hautes fréquences est un obstacle sérieux à l'augmentation des débits de données dans l'enregistrement magnétique à large bande , aggravé par le fait qu'une densité de stockage accrue nécessite généralement une plus grande coercivité dans le support.
Théorie
Au champ coercitif, la composante vectorielle de l'aimantation d'un ferromagnétique mesurée le long de la direction du champ appliqué est nulle. Il existe deux modes principaux d' inversion de l' aimantation : la rotation à domaine unique et le mouvement de la paroi du domaine . Lorsque l'aimantation d'un matériau s'inverse par rotation, la composante d'aimantation le long du champ appliqué est nulle car le vecteur pointe dans une direction orthogonale au champ appliqué. Lorsque l'aimantation s'inverse par le mouvement de la paroi du domaine, l'aimantation nette est petite dans toutes les directions du vecteur car les moments de tous les domaines individuels sont égaux à zéro. Des courbes d'aimantation dominées par la rotation et l' anisotropie magnétocristalline se retrouvent dans des matériaux magnétiques relativement parfaits utilisés en recherche fondamentale. Le mouvement de la paroi du domaine est un mécanisme d'inversion plus important dans les matériaux d'ingénierie réels, car les défauts tels que les joints de grains et les impuretés servent de sites de nucléation pour les domaines de magnétisation inversée. Le rôle des parois de domaine dans la détermination de la coercivité est compliqué car les défauts peuvent épingler les parois de domaine en plus de les nucléer. La dynamique des parois de domaines dans les ferroaimants est similaire à celle des joints de grains et de la plasticité en métallurgie puisque les parois de domaines et les joints de grains sont des défauts planaires.
Importance
Comme pour tout processus hystérétique , la zone à l'intérieur de la courbe d'aimantation au cours d'un cycle représente le travail effectué sur le matériau par le champ externe en inversant l'aimantation et est dissipée sous forme de chaleur. Les processus de dissipation courants dans les matériaux magnétiques comprennent la magnétostriction et le mouvement de la paroi du domaine. La coercivité est une mesure du degré d'hystérésis magnétique et caractérise donc la capacité de perte des matériaux magnétiques doux pour leurs applications courantes.
La rémanence de saturation et la coercivité sont des valeurs de mérite pour les aimants durs, bien que le produit énergétique maximal soit également couramment cité. Les années 1980 ont vu le développement d' aimants de terres rares avec des produits à haute énergie mais des températures de Curie trop basses . Depuis les années 1990, de nouveaux aimants durs à ressort d'échange avec des coercivités élevées ont été développés.
Voir également
Les références
- Chen, Min ; Nikles, David E. (2002). « Synthèse, auto-assemblage et propriétés magnétiques des nanoparticules Fe x Co y Pt 100-xy ». Nano lettres . 2 (3) : 211-214. Bibcode : 2002NanoL ... 2..211C . doi : 10.1021/nl015649w .
- Gaunt, P. (1986). « Viscosité magnétique et énergie d'activation thermique ». Journal de physique appliquée . 59 (12) : 4129–4132. Bibcode : 1986JAP .... 59.4129G . doi : 10.1063/1.336671 .
- Genish, Isascar ; Kats, Yevgeny ; Klein, Lior ; Reiner, James W.; Beasley, MR (2004). "Mesures locales d'inversion d'aimantation dans des couches minces de Sr Rb O 3 ". Statut Physique Solidi C . 1 (12) : 3440–3442. Bibcode : 2004PSSCR ... 1.3440G . doi : 10.1002/pssc.200405476 .
- Kneller, EF ; Hawig, R. (1991). « L'aimant à ressort d'échange : un nouveau principe matériel pour les aimants permanents ». Transactions IEEE sur le magnétisme . 27 (4) : 3588-3600. Bibcode : 1991ITM .... 27.3588K . doi : 10.1109/20.102931 .
- Livingston, JD (1981). « Un examen des mécanismes de coercitivité ». Journal de physique appliquée . 52 (3) : 2541-2545. Bibcode : 1981JAP .... 52.2544L . doi : 10.1063/1.328996 .
Liens externes
- Applet d'inversion de magnétisation (rotation cohérente)
- Pour un tableau des coercivités de divers supports d'enregistrement magnétique, voir " Degaussing Data Storage Tape Magnetic Media " ( PDF ), sur fujifilmusa.com.