Anisotropie magnétique - Magnetic anisotropy

En physique de la matière condensée , l'anisotropie magnétique décrit comment les propriétés magnétiques d' un objet peuvent être différentes selon la direction . Dans le cas le plus simple, il n'y a pas de direction préférentielle pour le moment magnétique d' un objet . Il répondra à un champ magnétique appliqué de la même manière, quelle que soit la direction dans laquelle le champ est appliqué. Ceci est connu sous le nom d' isotropie magnétique . En revanche, les matériaux magnétiquement anisotropes seront plus faciles ou plus difficiles à magnétiser en fonction de la façon dont l'objet est tourné.

Pour la plupart des matériaux magnétiquement anisotropes, il existe deux directions les plus faciles pour magnétiser le matériau, qui sont séparées par une rotation de 180 °. La ligne parallèle à ces directions est appelée l' axe facile . En d'autres termes, l'axe facile est une direction d' aimantation spontanée énergétiquement favorable . Parce que les deux directions opposées le long d'un axe facile sont généralement faciles à magnétiser de manière équivalente, et la direction réelle de la magnétisation peut tout aussi facilement s'installer dans l'une ou l'autre direction, ce qui est un exemple de rupture de symétrie spontanée .

L'anisotropie magnétique est une condition préalable à l' hystérésis dans les ferromagnétiques : sans elle, un ferromagnétique est superparamagnétique .

Sources

L'anisotropie magnétique observée dans un objet peut se produire pour plusieurs raisons différentes. Plutôt que d'avoir une seule cause, l'anisotropie magnétique globale d'un objet donné s'explique souvent par une combinaison de ces différents facteurs:

Anisotropie magnétocristalline

La structure atomique d'un cristal introduit des directions préférentielles pour l' aimantation .

Anisotropie de forme

Lorsqu'une particule n'est pas parfaitement sphérique, le champ de démagnétisation ne sera pas égal dans toutes les directions, créant un ou plusieurs axes faciles.

Anisotropie magnétoélastique

La tension peut modifier le comportement magnétique, conduisant à une anisotropie magnétique.

Échange d'anisotropie

Se produit lorsque des matériaux antiferromagnétiques et ferromagnétiques interagissent.

Au niveau moléculaire

Exemples d'anisotropie magnétique et NOE

L'anisotropie magnétique d'un cycle benzénique (A), d'un alcène (B), d'un carbonyle (C), d'un alcyne (D) et d'une molécule plus complexe (E) est représentée sur la figure. Chacun de ces groupes fonctionnels insaturés (AD) crée un minuscule champ magnétique et donc certaines régions anisotropes locales (représentées sous forme de cônes) dans lesquelles les effets de blindage et les déplacements chimiques sont inhabituels. Le composé bisazo (E) montre que le proton désigné {H} peut apparaître à différents déplacements chimiques en fonction de l'état de photoisomérisation des groupes azo. L' isomère trans maintient le proton {H} loin du cône du cycle benzénique, ainsi l'anisotropie magnétique n'est pas présente. Alors que la forme cis contient le proton {H} au voisinage du cône, le protège et diminue son déplacement chimique. Ce phénomène permet un nouvel ensemble d' interactions nucléaires à effet Overhauser (NOE) (indiquées en rouge) qui viennent à l'existence en plus de celles qui existaient auparavant (indiquées en bleu).

Aimant à domaine unique

Supposons qu'un ferromagnet soit mono-domaine au sens strict: l'aimantation est uniforme et tourne à l'unisson. Si le moment magnétique est et le volume de la particule est , la magnétisation est , où est la magnétisation de saturation et sont les cosinus directeurs (composants d'un vecteur unitaire ) ainsi . L'énergie associée à l'anisotropie magnétique peut dépendre des cosinus directeurs de diverses manières, dont les plus courantes sont décrites ci-dessous. ${\ displaystyle \ scriptstyle {\ boldsymbol {\ mu}}}$${\ displaystyle \ scriptstyle V}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ mathbf {M} = {\ boldsymbol {\ mu}} / V = ​​M_ {s} \ left (\ alpha, \ beta, \ gamma \ right)}$${\ displaystyle \ scriptstyle M_ {s}}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ alpha, \ beta, \ gamma}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ alpha ^ {2} + \ beta ^ {2} + \ gamma ^ {2} = 1}$

Uniaxial

Une particule magnétique à anisotropie uniaxiale a un axe facile. Si l'axe facile est dans la direction, l' énergie d'anisotropie peut être exprimée comme l'une des formes: ${\ displaystyle z}$

${\ displaystyle E = KV \ left (1- \ gamma ^ {2} \ right) = KV \ sin ^ {2} \ theta,}$

où est le volume, la constante d'anisotropie et l'angle entre l'axe facile et la magnétisation de la particule. Lorsque l'anisotropie de forme est explicitement prise en compte, le symbole est souvent utilisé pour indiquer la constante d'anisotropie, au lieu de . Dans le modèle Stoner – Wohlfarth largement utilisé , l'anisotropie est uniaxiale. ${\ displaystyle \ scriptstyle V}$${\ displaystyle \ scriptstyle K}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ theta}$${\ displaystyle \ scriptstyle {\ mathcal {N}}}$${\ displaystyle \ scriptstyle K}$

Triaxial

Une particule magnétique à anisotropie triaxiale a toujours un seul axe facile, mais elle a aussi un axe dur (direction de l'énergie maximale) et un axe intermédiaire (direction associée à un point de selle dans l'énergie). Les coordonnées peuvent être choisies pour que l'énergie ait la forme

${\ displaystyle E = K_ {a} V \ alpha ^ {2} + K_ {b} V \ beta ^ {2}.}$

Si l'axe facile est la direction, l'axe intermédiaire est la direction et l'axe dur est la direction. ${\ displaystyle \ scriptstyle K_ {a}> K_ {b}> 0,}$${\ displaystyle z}$${\ displaystyle y}$${\ displaystyle x}$

Cubique

Une particule magnétique à anisotropie cubique a trois ou quatre axes faciles, en fonction des paramètres d'anisotropie. L'énergie a la forme

${\ displaystyle E = KV \ left (\ alpha ^ {2} \ beta ^ {2} + \ beta ^ {2} \ gamma ^ {2} + \ gamma ^ {2} \ alpha ^ {2} \ right) .}$

Si les axes faciles sont les axes et . S'il y a quatre axes faciles caractérisés par . ${\ displaystyle \ scriptstyle K> 0,}$${\ Displaystyle x, y,}$${\ displaystyle z}$${\ displaystyle \ scriptstyle K <0,}$${\ displaystyle x = \ pm y = \ pm z}$

Les références

Lectures complémentaires