Hélimagnétisme

L'hélimagnétisme est une forme d'ordre magnétique, caractérisée par une très grande répétitivité spatiale, et qui résulte d'une compétition, à l'intérieur d'un même matériau, entre les interactions d'échanges ferromagnétique et antiferromagnétique.

Catégories :

Matière condensée - Magnétisme - Physique de la matière condensée - Physique quantique

Source image : fr.wikipedia.org
Cette image est un résultat de recherche de Google Image. Elle est peut-être réduite par rapport à l'originale et/ou protégée par des droits d'auteur.

Page(s) en rapport avec ce sujet :

... magnétique (diamagnétisme, paramagnétisme, ferromagnétisme, hélimagnétisme... ) Magnétisme des atomes et des ions (moments magnétiques orbital et de ... (source : cat.inist)
comme l'hélimagnétisme, en liaison avec les inter- actions entre seconds et troisièmes voisins... avec la variété de leurs moments magnétiques et la... (source : hal.archives-ouvertes)
s avant qu'un moment magnétique atomique ne s'aligne sur le .... Ce dernier cas correspond à l'hélimagnétisme qui est schématisé sur la figure 4.19-a.... (source : grenoble-sciences.ujf-grenoble)

L'hélimagnétisme est une forme d'ordre magnétique, caractérisée par une très grande répétitivité spatiale, et qui résulte d'une compétition, à l'intérieur d'un même matériau, entre les interactions d'échanges ferromagnétique et antiferromagnétique. Il avait été prédit en 1959^[1] et découvert la même année dans le cas de l'alliage MnAu₂^[2].

C'est un état magnétique courant pour les terres rares, le plus fréquemment observé aux basses températures (celles de l'hélium liquide).

Au niveau macroscopique, l'aimantation totale d'un dispositif hélimagnétique est nulle ou particulièrement faible, car les moments sont orientés dans l'ensemble des directions du plan.

Description microscopique

L'hélimagnétisme se définit au niveau microscopique par une orientation des moments magnétiques voisins selon un motif en hélice. Il est envisageable de considérer l'antiferromagnétisme et le ferromagnétisme comme des cas d'hélimagnétisme limites, avec un pas d'hélice de 180° et 0°, respectivement.

L'hélimagnétisme pouvant présenter une rotation dans le sens horaire ou antihoraire, il casse la symétrie d'inversion spatiale des moments magnétiques.

Si le rapport entre le pas d'hélice et π est irrationnel, la structure est incommensurable.

Considérations énergétiques

Diagramme de phase de l'hélimagnétisme, du ferromagnétisme et de l'antiferromagnétisme. L'hélimagnétisme n'est favorisé que pour

J 2 < 0

, dans une zone où

| J 1 | < 4 | J 2 |

. Les structures ferromagnétique et antiferromagnétique peuvent être comprises comme un cas limite de l'hélimagnétisme pour un angle de pas d'hélice valant précisément 0 et ou précisément π, respectivement.

Dans les terres rares, l'interaction magnétique dominante est le couplage RKKY via les électrons de conduction. Cette interaction est réputée pour changer de signe avec la distance. Si on considère un matériau cristallin présentant une telle interaction, on peut noter J0, J1 et J2 les constantes d'échange correspondant respectivement aux atomes d'un même plan cristallin, au premier et au second voisin.

On suppose que l'ensemble des orientations des matériaux des moments magnétiques sont parallèles dans un plan donné et on nomme $φ$ la différence d'angle d'aimantation entre le plan reconnu et le plan des premiers voisins.

L'énergie du dispositif est alors : $E = - N S 2 (J 0 + 2 J 1 cosφ + 2 J 2 cos2φ)$

La minimisation de cette énergie conduit à l'équation : $(J 1 + 4 J 2 cosφ) sinφ = 0$

Cette équation admet les solutions suivantes :

$φ = 0$ , c'est-à-dire une orientation parallèle des moments : ferromagnétisme
$φ = π$ , orientation anti-parallèle des moments d'un plan sur l'autre : antiferromagnétisme
$\cos\phi=-\frac{J_1}{4J_2}$ , c'est l'hélimagnétisme.

L'hélimagnétisme n'est envisageable que si $| J 1 | < 4 | J 2 |$ .

Si on introduit ces trois solutions dans l'expression de l'énergie, il vient :

$E (0) = 2 N S 2 (- J 1 - J 2 - J 0 / 2)$
$E (π) = 2 N S 2 (J 1 + J 2 - J 0 / 2)$
$E(\phi) = 2NSˆ2 \left(\frac{1}{2}\frac{J_1}{4J_2}J_1+J_2-J_0/2\right)$ (on utilise $cosφ = - J 1 / (4 J 2)$ et l'identité trigonométrique $c o s 2φ = 2cos 2 φ - 1$ )

Dans le cas $J 2 > 0$ et $J 1 > 0$ , on calcule $E(0)-E(\phi) = 2NSˆ2 (J_1(-1+\frac{1}{2}\frac{J_1}{4J_2})-2J_2)$ . Compte-tenu de $| J 1 / (4 J 2) | < 1$ et des signes de $J 1$ et $J 2$ , $E (0) - E (φ) < 0$ . $E (π) < E (0)$ est vérifié pour les mêmes raisons de signes. La configuration ferromagnétique est favorisée.

Dans le cas $J 2 > 0$ et $J 1 < 0$ , on vérifie de même que $E(\pi)-E(\phi) = 2NSˆ2 J_1 \left(1-\frac{1}{2}\frac{J_1}{4J_2}\right)$ est négatif. $E (0) < E (π)$ est vérifié pour les mêmes raisons. La configuration antiferromagnétique est favorisée.

La configuration hélimagnétique, qui n'est envisageable que pour $| J 1 | < 4 | J 2 |$ , n'est favorisée énergétiquement que pour $J 2 < 0$ .

Notes et références

↑ Akio Yoshimori, A New Type of Antiferromagnetic Structure in the Rutile Type Crystal, Journal of the Physical Society of Japan, Vol. 14, n^o. 6, juin 1959, pp. 807-821, doi :10.1143/JPSJ. 14.807, lien.
↑ André Herpin, P. Mériel, Jacques Vilain, Comptes rendus de l'Académie des sciences vol. 249, p. 1334 (1959)

Bibliographie

Étienne du Trémolet de Lacheisserie (coordinateur), Magnétisme I - Fondements, Presses universitaires de Grenoble, Grenoble, 2000 (ISBN 2868834639) , p. 139-140.
Stephen Blundell, Magnetism in Condensed Matter, Oxford University Press, Oxford, 2001 (ISBN 9780198505914) , p. 99-100.

Recherche sur Amazone (livres) :

Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9limagn%C3%A9tisme.
Voir la liste des contributeurs.
La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 13/04/2009.
Ce texte est disponible sous les termes de la licence de documentation libre GNU (GFDL).
La liste des définitions proposées en tête de page est une sélection parmi les résultats obtenus à l'aide de la commande "define:" de Google.
Cette page fait partie du projet Wikibis.