Anisotropie magnétique superficielle et surstructures d'orientation

Abstract

Dans la première partie de ce Mémoire, on propose de considérer l'énergie magnétocristalline et magnétoélastique d'un corps ferromagnétique comme la somme de termes élémentaires relatifs chacun à une liaison, c'est-à-dire à un couple de deux atomes proches voisins. Sur cette base, on développe la théorie de la magnétostriction et de l'anisotropie magnétocristalline et, de sa comparaison avec les résultats expérimentaux, on déduit les valeurs des paramètres qui caractérisent l'énergie de liàison. Des mêmes prémices, on déduit qu'il doit exister dans les corps ferromagnétiques, une énergie d'anisotropie superficielle, dépendant de l'orientation de l'aimantation spontanée par rapport à la surface et ne présentant d'ailleurs aucun rapport avec le phénomène classique de champ démagnétisant de forme. Cette énergie de surface, de l'ordre de O, I à I erg/cm2, est susceptible de jouer un rôle important dans les propriétés des substances ferromagnétiques dispersées en éléments de dimensions inférieures à I00 Å. Dans la seconde partie, on montre, en adoptant le point de vue précédent, que dans les solutions solides ferromagnétiques à deux constituants au moins, traitées à chaud dans un champ magnétique, les atomes proches voisins d'un atome donné doivent se répartir d'une façon anisotrope autour de ce dernier et donner naissance à une surstructure d'orientation. Par trempe, cette surstructure est susceptible de se conserver en faux équilibre à basse température et se manifeste par l'apparition d'une anisotropie magnétique de caractère uniaxial. Les phénomènes sont précisés par le calcul, notamment le rôle de la concentration, dans le cas de différents réseaux cubiques simples et dans le cas d'une substance isotrope par compensation. L'anisotropie calculée est de l'ordre de I03 à I05 ergs/cm2, mais paraît dépasser largement ces valeurs dans des cas exceptionnels. Cette théorie rend compte des propriétés des ferronickels traités à chaud dans un champ magnétique et, en particulier, des monocristaux de permalloy. On suggère le rôle possible de ces effets dans l'alnico V et les ferrites de cobalt orientés. Dans une troisième partie, on montre que l'on peut créer une surstructure d'orientation dans une solution solide quelconque au moyen d'une déformation élastique à chaud et la conserver par trempe. Si la solution solide est ferromagnétique, les surstructures ainsi créées donnent naissance à une anisotropie magnétique de caractère uniaxial. En s'appuyant sur une théorie sommaire des propriétés élastiques des solutions solides développée à cet effet, le phénomène est soumis au calcul : on trouve des anisotropies de I04 ergs/cm3 pour des tensions de I0 kg/mm2 , dans le cas des ferronickels. On propose d'interpréter par la création de telles surstructures l'anisotropie magnétique uniaxiale des ferronickels quasi unicristallins laminés à froid, la déformation plastique permettant aux atomes de prendre la répartition d'équilibre correspondant au système des tensions appliquées. Dans les ferronickels polycristallins laminés ou étirés,...

Magnetic resonance in nanoparticles: between ferro- and paramagnetism

“…It should be emphasized that this effect is not associated with any deviation from the spherical shape and should be differentiated from the surface-induced magnetic anisotropy [25]. Instead, the non-uniform magnetization on the surface produces unidirectional field seen by the bulk spins and so leading to temperature-dependent shift of the EMR line to lower fields.…”

“…The specific surface-related magnetic anisotropy, which combines strong anisotropy on the particle surface with its deviation from the spherical shape, was introduced by Néel [25]. This mechanism was used recently by Gazeau et al [8] to explain the large uniaxial anisotropy observed in the field freezing experiments in maghemite nanoparticles.…”

Ferromagnetism in Fe-doped ZnO nanocrystals: Experiment and theory

“…Further, the basic reason for irreversibility in the magnetization is due to magnetocrystalline, magnetoelastic, and shape anisotropies. Magnetocrystalline anisotropies for the surface and the core atoms are different due to the easy-axis nature of the anisotropy for the surface, as proposed by Néel,51 in contrast with the easy-plane anisotropy for the core. Hence, the magnetic behavior will be different for the surface and core atoms and will be dominated either by the core or by the surface depending on factors like the applied field, temperature, percentage of aligned spins, etc.…”

Neutron scattering studies of nanomagnetism and artificially structured materials

“…The dominant part of the magnetocrystalline anisotropy is due to the reduction of symmetry at the surface of the film. It typically favors perpendicular alignment of the moments [47,48,49], but is essentially independent of film thickness, thus, very thin films tend to exhibit anisotropy perpendicular to the film plane. The resulting spin reorientation transition of the magnetization as a function of film thickness has been the subject of numerous studies in the past decade [50,51,2], and the exact nature of the transition is still a matter of debate [52].…”