Champ coercitif
En science des matériaux, le champ cœrcitif d'un matériau ferromagnétique sert à désigner l'intensité du champ magnétique qu'il est indispensable d'appliquer, à un matériau ayant originellement atteint son aimantation à saturation, pour annuler...
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Physique de la matière condensée - Physique quantique
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En science des matériaux, le champ cœrcitif d'un matériau ferromagnétique sert à désigner l'intensité du champ magnétique qu'il est indispensable d'appliquer, à un matériau ayant originellement atteint son aimantation à saturation, pour annuler l'aimantation du matériau. Le champ cœrcitif est habituellement noté Hc ou Bc.
Quand le champ cœrcitif d'un ferromagnétique est particulièrement élevé, le matériau est qualifié de dur. Il est alors particulièrement approprié comme matériau pour la fabrication d'aimants permanents, par exemple au sein de moteurs électriques. À l'inverse, un matériau ferromagnétique possédant un champ cœrcitif faible est qualifié de doux et est parfois utilisé dans le blindage magnétique, dans des transformateurs ou des têtes d'enregistrement.
Mesure expérimentale
La mesure du champ cœrcitif peut être typiquement réalisée avec une mesure du cycle d'hystérésis, par exemple avec un magnétomètre, par exemple un magnétomètre à échantillon vibrant ou un magnétomètre à gradient de champ. Le champ cœrcitif est déterminé par la demi-largeur de la courbe d'hystérésis. Dans le cas où aucun matériau antiferromagnétique n'est présent dans l'échantillon, le champ cœrcitif se mesure au point où la courbe traverse l'axe des champs. Si un matériau antiferromagnétique est présent, l'effet du couplage d'échange peut induire un décalage du cycle d'hystérésis sur l'axe des champs, modifiant ainsi la procédure de mesure.
Cœrcivities of representative soft and hard magnets
| Matériau | Champ cœrcitif |
|---|---|
| Permalloy, Ni81Fe19 | 0, 5-1 |
| Co | 20 |
| Ni | 150 |
| Ni1-xZnxFeO3, a microwave material | 15-200 |
| Alnico, matériau fréquemment utilisé pour les aimants publicitaires à apposer sur les portes de réfrigérateur | 1 500-2 000 |
| CoPtCr matériau d'enregistement utilisé dans les disques durs | 1 700 |
| NdFeB | 10 000 |
| Fe48Pt52 | > 12 300 |
| SmCo5 | 40 000 |
Lors de la mesure du champ cœrcitif, le résultat numérique mesuré dépend de l'échelle de temps sur laquelle la courbe d'hystérésis est mesurée. Ainsi, l'aimantation d'un matériau préalablement aimanté et soumis à un champ inférieur au champ cœrcitif, mais opposé en signe à la direction de l'aimantation d'origine, tend à s'annuler sur les grandes échelles de temps. Cette décroissance se produit quand le mouvement de parois de domaines magnétiques est thermiquement activé et est dominé par la viscosité magnétique. Inversement, à grande fréquence de mesure, le champ cœrcitif augmente. C'est une des limitations à l'accroissement de la vitesse de transfert dans les systèmes d'enregistrement magnétique.
Renversement d'aimantation
Article détaillé : Renversement d'aimantation. Lors du parcours d'un cycle d'hystérésis, le champ cœrcitif correspond à l'instant où l'aimantation du matériau est en passe de se renverser. Selon la nature de l'échantillon, plusieurs mécanismes peuvent avoir lieu au sein de l'échantillon lors du renversement d'aimantation. Les deux mécanismes les plus habituels incluent le renversement par rotation cohérente (l'aimantation du matériau, reconnue comme un tout, tourne alors progressivement, l'aimantation lue sur le cycle d'hystérésis correspondant lors à la projection de cette aimantation sur la direction de mesure) ou par propagation de parois (des domaines d'aimantation opposée se créent au sein du matériau, l'aimantation du cycle d'hystérésis étant alors la somme algébrique des aimantations de ces domaines).
Interprétation
Comme dans tout processus d'hystérésis, l'aire dessinée par la courbe d'aimantation correspond à une énergie dissipée lors du cycle. Parmi les processus de dissipation courants, interviennent la magnétostriction et la propagation de parois de domaines. Cetter perte d'énergie peut être gênante dans les applications macroscopiques des matériaux magnétiques doux. Le champ cœrcitif permet par conséquent d'évaluer l'adaptation de matériaux.
Inversement, le caractère «carré» d'un cycle, c'est-à-dire l'association d'une forte aimantation rémanente, d'un renversement brutal du cycle d'hystérésis et d'un champ cœrcitif élevé, sont des propriétés avantageuses pour un aimant permanent.
À cause de leurs propriétés cristallines, certains matériaux magnétiques peuvent ne pas avoir les mêmes propriétés de champ cœrcitif dans l'ensemble des directions de mesure. la mesure du cycle d'hystérésis et par conséquent de l'aire sous le cycle permet alors de caractériser l'énergie d'anisotropie du matériau.
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