Renversement d'aimantation

En physique de la matière condensée, le renversement d'aimantation est le phénomène par lequel un matériau ferromagnétique ou ferrimagnétique peut voir le sens de son aimantation changée sous l'action d'un stimulus extérieur.



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  • ment, en champ positif croissant, conduit `a un second.... nous interessons au renversement d'aimantation induit par l'injection d'un courant, bien sur , ... (source : www-ipcms.u-strasbg)

En physique de la matière condensée, le renversement d'aimantation est le phénomène par lequel un matériau ferromagnétique ou ferrimagnétique peut voir le sens de son aimantation changée sous l'action d'un stimulus extérieur.

Mécanismes de renversement d'aimantation lors d'un cycle d'hystérésis

Quand un champ magnétique appliqué à un matériau ferromagnétique ou ferrimagnétique identique le champ cœrcitif, la composante du vecteur d'aimantation mesurée le long de la direction du champ appliqué est nulle. Deux processus principaux guident ce phénomène : la propagation de parois de domaines et la rotation cohérente.

Rotation cohérente

Dans les'hypothèses de la rotation cohérente, proposée en premier dans le modèle de Stoner et Wohlfarth (1948), le matériau est assimilé à un moment magnétique unique ou macrospin. Ce moment magnétique est reconnu comme libre de rotation. Quand l'échantillon est élaboré sous forme de couche mince, l'aimantation est fréquemment reconnue comme confinée au plan de la couche, à cause de l'anisotropie de forme. L'application d'un champ extérieur au dispositif tend à aligner l'aimantation du dispositif avec le champ appliqué, car cela minimise l'énergie magnétique Zeeman. Sous l'hypothèse que l'aimantation se renverse «en bloc», celle-ci tourne par conséquent dans son plan. Le passage au champ cœrcitif correspond à une orientation de l'aimantation perpendiculaire à la direction du champ appliqué. Ce modèle permet un calcul analytique de la forme des cycles d'hystérésis satisfaisant pour les monocristaux particulièrement purs et pour les particules magnétiques de petite taille. Ces matériaux sont en particulier élaborés à des fins de recherche principale.

Renversement de parois

Dans un certain nombre de dispositifs, le renversement ne se fait pas par rotation cohérente. Le modèle d'Ising apporte une illustration théorique d'un dispositif qui ne peut pas adopter ce premier mode de renversement. Les modes de renversement par propagation de parois sont plus habituels dans les matériaux présentant une forte anisotropie magnétique dans la direction de mesure.

Au sein de matériaux se renversant par nucléation de domaines et propagation de parois, la variation d'aimantation mesurée le long du cycle d'hystérésis correspond non pas à une projection de l'aimantation (ce qui était le cas pour la rotation cohérente), mais à l'existence au sein du matériau de différents domaines magnétiques où les aimantations s'orientent selon deux directions opposées. Les domaines sont scindés par des parois de domaine, zones où l'aimantation fluctue continument d'une direction à l'autre.

Lors du parcours du cycle d'hystérésis près du champ cœrcitif, le renversement de parois par propagation de domaines consiste pour le dispositif à minimiser son énergie en déplaçant la paroi de façon que le domaine énergétiquement favorisé grandisse. Ce mouvement de paroi nécessite un travail du champ magnétique et participe à la dépense énergétique qui caractérise le phénomène d'hystérésis.

Quand l'aimantation se renverse par propagation de parois, la variation d'aimantation le long du cycle d'hystérésis peut être interprétée comme la somme algébrique des aimantations des différents domaines magnétiques qui se sont constitués. Le passage au champ cœrcitif correspond au moment où le volume occupé par les différentes orientations du moment de domaine se compensent précisément.

Ce mouvement de paroi peut aussi être caractérisé par une résistance de paroi.

La plupart de matériaux industriels développés pour les applications de l'enregistrement magnétique montrent un comportement de renversement d'aimantation par renversement d'aimantation. Cela provient de la présence de défauts cristallins dans le métal magnétique reconnu : impuretés, joints de grains, etc. Le rôle des défauts dans la valeur du champ cœrcitif est d'autre part complexe. Les défauts peuvent à la fois faciliter la création de domaines et les piéger, empêchant leur déplacement lors d'une variation du champ extérieur.

Le mécanisme de renversement d'aimantation par propagation de parois rend plus complexe l'étude théorique du champ cœrcitif d'un matériau donné. En effet, la concentration des impuretés, leur nature et leur localisation influent largement la valeur du champ cœrcitif. Or ces valeurs peuvent fluctuer d'une méthode de fabrication à une autre, ou d'un laboratoire à un autre, d'où la difficulté de développements théoriques.

La dynamique des parois de domaines dans les matériaux ferromagnétiques partage énormément de points communs avec le phénomène de plasticité en physique des matériaux et en métallurgie. En effet, les parois de domaines sont des défauts planaires tout comme les joints de grains qui contrôlent les phénomènes de palsticité.

Renversement d'aimantation par courant

L'application d'un courant polarisé en spin à un matériau a pour effet de perturber l'aimantation portée par les atomes. L'aimantation peut être entrainée par précession et peut se renverser.

Ce domaine de la physique rencontre un développement surtout dans le domaine de l'enregistrement magnétique et surtout comme voie de recherche des MRAM.

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