Utilisateur:Hugo G. Fernandez/Brouillon

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Description microscopique et influence de la température

La susceptibilité magnétique χ_m permet de donner une indication sur le comportement magnétique du corps étudié.

• lorsque χ_m est positif et de l'ordre de 10⁴ ou au-delà, le corps est dit ferromagnétique.
• lorsque χ_m est positif et son ordre de grandeur est compris entre 10^-6 et 10^-3, le corps peut être paramagnétique, ferrimagnétique ou antiferromagnétique.
• lorsque χ_m est nul, on est dans le vide par définition.
• lorsque χ_m est négatif, le corps est dit diamagnétique. Généralement, χ_m est de l'ordre de -10^-5. Si χ_m vaut -1, on a un corps diamagnétique parfait qu'on appelle supraconducteur.

La susceptibilité magnétique est généralement très sensible à la température.

Pour un corps ferromagnétique

Représentation des moments magnétiques dans un corps ferromagnétique.

Dans un corps ferromagnétique au repos, les moments magnétiques des atomes sont tous alignés dans une direction quelconque (ce qui entraîne une aimantation spontanée). Ils interagissent les uns les autres de façon à conserver cette orientation. En appliquant une excitation magnétique externe, les moments magnétiques vont pivoter pour suivre la direction de l'excitation.

En chauffant un corps ferromagnétique, l'ordre qui régnait dans les moments magnétiques est perturbé : l'agitation thermique empêche les moments de s'aligner (que ce soit spontanément ou avec l'excitation externe), ce qui diminue la susceptibilité magnétique. À partir d'une certaine température (température de Curie), les moments magnétiques sont tellement agités qu'il n'y a plus de direction préférentielle donc plus d'aimantation : le corps acquiert un comportement paramagnétique. Le corps suit alors une loi de Curie : la susceptibilité est proportionnel à l'inverse de la température.

$\chi _{m}={\frac {C}{T}}$

Pour un corps paramagnétique

Représentation des moments magnétiques dans un corps paramagnétique; en absence ou présence d'un champ magnétique externe.

Dans un corps paramagnétique au repos, les moments magnétiques ont des directions aléatoires qui se compensent : il n'y a pas d'aimantation. En appliquant une excitation externe, ils vont s'aligner avec celle-ci. Il faudra cependant un champ externe plus intense que dans le cas d'un corps ferromagnétique car il faut suffisamment d'énergie pour forcer les moments magnétiques à s'aligner et à rester dans la même direction.

Tout comme dans les corps ferromagnétiques, une agitation thermique trop importante empêche les moments magnétiques de s'aligner avec l'excitation externe. Un corps paramagnétique obéit à une loi de Curie : la susceptibilité magnétique est proportionnel à l'inverse de la température.

$\chi _{m}={\frac {C}{T}}$

Pour un corps ferrimagnétique ou antiferromagnétique

Représentation des moments magnétiques dans un corps ferrimagnétique.

Représentation des moments magnétiques dans un corps antiferromagnétique.

La susceptibilité des corps ferrimagnétique et antiferromagnétique est généralement plus faible que celle des corps paramagnétiques. En effet, en plus d'imposer une direction, l'excitation externe doit être suffisante pour briser l'ordre antiparallèle des moments magnétiques.

Bien que sa susceptibilité magnétique initiale soit bien inférieure, un corps ferrimagnétique se comporte de manière semblable à un corps ferromagnétique. En le chauffant, l'ordre qui régnait dans les moments magnétiques est perturbé : l'agitation thermique empêche les moments de s'aligner (que ce soit spontanément ou avec l'excitation externe), ce qui diminue la susceptibilité magnétique. À partir d'une certaine température (température de Curie), les moments magnétiques sont tellement agités qu'il n'y a plus de direction préférentielle donc plus d'aimantation : le corps acquiert un comportement paramagnétique. Le corps suit alors une loi de Curie : la susceptibilité est proportionnel à l'inverse de la température.

$\chi _{m}={\frac {C}{T}}$

Un corps antiferromagnétique réagit à la température en deux temps. Une augmentation de l'agitation thermique aide à briser l'ordre antiparallèle, ce qui augmente la susceptibilité magnétique. Elle continue d'augmenter jusqu'à atteindre la température de Néel. Quand cette température critique est atteinte, les moments magnétiques sont complètement désordonnés, le corps devient paramagnétique. Au-delà de la température de Néel, la susceptibilité magnétique vas se mettre à diminuer en suivant la relation suivante :

$\chi _{m}={\frac {C}{T+T_{\mathrm {N} }}}$

Pour un corps diamagnétique

Dans un corps diamagnétique au repos, les moments magnétiques ont des directions aléatoires qui se compensent : il n'y a pas d'aimantation. Le corps contre le champ magnétique externe grâce au moment orbital des électrons (c-à-d le fait que l'électron "tourne" autour du noyau, une charge en mouvement crée un champ magnétique). Cela se produit dans tous les matériaux, même ceux qui ne sont pas classés comme étant diamagnétique. Mais cet effet est tellement faible qu'il est souvent camouflé par les autres comportements magnétiques (paramagnétisme, ferromagnétisme…).

La plupart des corps diamagnétiques sont très peu sensibles à la température : leur susceptibilité magnétique reste à peu près constante.

Cependant, les supraconducteurs nécessitent qu'on les maintiennent à des températures très basses (proche du zéro absolu) au risque de perdre leur excellente conductivité électrique.