Utilisateur:INSA-4GP-gr1/Brouillon6
| Matériau | TC (K) |
|---|---|
| Co | 1 388 |
| Fe | 1 043 |
| Fe2B[1] | 1 015 |
| SmCo5[2] | 995 |
| FeOFe2O3 | 858 |
| NiOFe2O3 | 858 |
| CuOFe2O3 | 728 |
| MgOFe2O3 | 713 |
| MnBi | 630 |
| Cu2MnAl | 630 |
| Ni | 627 |
| MnSb | 587 |
| Nd2Fe14B[2] | 585 |
En physique et en science des matériaux, la température de Curie (Tc), ou point de Curie, est la température à laquelle certains matériaux perdent leur aimantation permanente. Au-dessus de cette température le matériau entre dans un état magnétique désordonné, dit paramagnétique. Cette température caractéristique tire son nom du physicien français Pierre Curie, qui l’a découverte en 1895[3]
| Matériau | TC (K) |
|---|---|
| MnB | 578 |
| MnOFe2O3 | 573 |
| Y3Fe5O12 | 560 |
| Cu2MnIn | 500 |
| CrO2 | 386 |
| MnAs | 318 |
| Gd | 292 |
| Au2MnAl | 200 |
| Dy | 88 |
| EuO | 69 |
| CrBr3 | 37 |
| EuS | 16,5 |
| GdCl3 | 2,2 |
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Matière organisée modifier
Les matériaux magnétiques peuvent être classés en différentes catégories en fonction de leur moment magnétique intrinsèque.
| Paramagnétisme | Ferromagnétisme | Antiferromagnétisme | Ferrimagnétisme |
|---|---|---|---|
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Modification des propriétés magnétiques à la température de Curie modifier
Généralités modifier
La température de Curie, notée Tc, est définie comme la température au dessus de laquelle un matériaux ferromagnétique perd son aimantation permanente et entre dans un état magnétique désordonné.
En dessous de la température de Curie, le matériau est donc ferromagnétique et au-dessus de Tc, il adopte un comportement paramagnétique.
Cette transition de phase est réversible : le matériau retrouve ses propriétés ferromagnétiques quand la température descend en dessous de la température de Curie. En revanche il a perdu son ancienne aimantation, même s'il peut être aimanté à nouveau.
Attention, dans le cas particulier des matériaux antiferromagnétiques, cette température de transition n’est pas nommée “Température de Curie” mais plutôt “Température de Néel”.
Origine microscopique de ces modifications modifier
Dans les matériaux ferromagnétiques, l’alignement des moments magnétiques est lié à l’interaction d’échange d’Heisenberg, qui a tendance à être minimisée dans une telle configuration. Cette interaction de couplage entre les spins aura en effet tendance à aligner les moments parallèlement entre eux dans les matériaux ferromagnétiques, et aura tendance à les aligner anti-parallèlement dans le cas des matériaux ferrimagnétiques et antiferromagnétiques.
Cependant, au delà d’une certaine température, l’agitation thermique devient prépondérante par rapport à l’interaction entre les moments magnétiques et vient donc “casser” cet alignement : l’orientation des moments magnétiques devient purement aléatoire.
Les moments magnétiques peuvent cependant être ré-alignés par l’application d’un champ magnétique externe.
On a donc bien des propriétés paramagnétiques qui apparaissent au dessus de la température de Curie (et au dessus de la température de Néel pour les matériaux antiferromagnétiques).
Loi de Curie-Weiss : modifier
Au sein des matériaux paramagnétiques, on peut définir la susceptibilité magnétique, notée χ, comme le rapport entre l’aimantation développée au sein du matériaux et l’excitation magnétique qu’on lui applique.
Cette susceptibilité magnétique est une grandeur sans dimension, mais ce n’est pas une constante typique du matériau : elle dépend de la température. Ainsi, pour les matériaux portés à une température supérieure à leur température de Curie, on peut appliquer la loi de Curie-Weiss. Celle-ci établit un lien entre la susceptibilité magnétique, la température T, et la température de Curie Tc.
Détermination expérimentale modifier
Outils de mesure modifier
La détermination de la température de Curie n’est pas évidente car elle dépend de nombreux paramètres que nous énonceront ultérieurement.
Il existe différentes méthodes expérimentales afin de remonter à cette mesure. La méthode la plus utilisée est la méthode du point d’inflexion. Elle consiste à appliquer un champ magnétique assez grand et à faire varier graduellement la température. Tc correspond alors au point d’inflexion de la courbe d’aimantation obtenue. Un point d’inflexion est lu quand la valeur absolue de la dérivée première est maximale et que la dérivée seconde s’annule.
Paramètres modifiant la température de Curie modifier
Taille des particules modifier
Dans le cas des nanoparticules, la taille de celle-ci affecte grandement la température de Curie. En effet, comme nous l’avons vu précédemment, la température de Curie est fonction de l’agitation des spins d’électrons. Plus les particules sont petites, plus les spins d’électrons sont désordonnés et donc plus la température de Curie est basse.
De plus, la taille va également modifier la structure cristalline des nanoparticules et par conséquent l'arrangement des proches voisins et du moment magnétique de spins des électrons. Plus la structure cristalline est compacte, plus les les moments magnétiques entre électrons voisins sont proches et interagissent fortement. Cela a pour effet d'augmenter la température de Curie. Ainsi les structures cubiques à faces centrées auront une température de Curie supérieure aux structures cubiques centrées, moins compacts.
Lorsque les particules ferromagnétiques sont extrêmement petites, ce paramètre de taille est d'autant plus déterminant. De très faibles variations peuvent entrainer des modifications aléatoires des directions des moments magnétiques et par conséquent du désordre. On parle de superparamagnétisme.
Pression modifier
La pression change également la température de Curie. La pression a pour effet d'augmenter le mouvement et par conséquent l'énergie cinétique des particules causant des vibrations venant modifier l'organisation des moments magnétiques.
La pression affecte également la densité d'état des particules. Plus la densité d'état diminue, plus le nombre d'électrons et par conséquent le nombre de moments magnétiques diminuent (le moment magnétique est en effet lié au spin des électrons). L’interaction d'échange va alors augmenter. En effet, l'interaction d'échange favorise l'alignement des moments magnétiques parallèles des spins d'électrons. En augmentant la pression et donc en diminuant le volume, les spins des moments magnétiques parallèles auront plus de facilité à se coupler. Enfin, la température de Curie a pour tendance à augmenter avec l'interaction d'échange.
Matériaux composites modifier
Selon sa composition, la température de Curie d’un matériau est fortement modifiée. C’est le cas des matériaux composites et dopés. Ainsi en dopant un matériau avec du fer par exemple, des liaisons oxygènes auront pour tendance de rendre la structure cristalline moins compact et par conséquent de baisser la température de Curie.
Applications modifier
Nombreux sont les domaines mettant à profit les propriétés des matériaux magnétiques et notamment leur transition vers le paramagnétisme à la température de Curie.
La transition ferromagnétique-paramagnétique induite par le chauffage du matériau permet d’effacer et écrire des données dans les disques magnéto-optiques (utilisés pour le stockage de médias). Comme exemples connus, nous pouvons citer le format Sony Minidisc ainsi que le format CD-MO qui est maintenant obsolète.
De plus, les techniques de réfrigération magnétiques basées sur l’effet magnétocalorique (MCE) semble également prometteuse. Les matériaux à très basse température de Curie permettrait alors de servir de réfrigérateur. Des progrès sont encore nécessaires et cette technologie ne permet pour l’instant pas de dépasser les performances de la réfrigération conventionnelle par cycle de compression vapeur.
D’autres utilisations incluent le contrôle de température dans les fer à souder, et la stabilisation du champ magnétique dans les générateurs de compte-tours afin de s’affranchir des variations de températures.
Notes et références modifier
Voir aussi modifier
Articles connexes modifier
Bibliographie modifier
- Charles Kittel (trad. Nathalie Bardou, Évelyne Kolb), Physique de l’état solide [« Solid state physics »], [détail des éditions]
- Nicolas Schmidt, Étude sur la transition de phase ferromagnétique/paramagnétique de nano-agrégats de MnP, 2011
- (en) « Ferromagnetic Curie Temperatures » (consulté le ).
- matériaux magnétiques en génie électrique - Hermes Sciences-2006
- « Point de Curie », sur larousse.fr (consulté le )