Coercivité

En science des matériaux, la coercivité, également appelée champ coercitif, d’un matériau ferromagnétique est l’intensité du champ magnétique appliqué nécessaire pour réduire l’aimantation de ce matériau à zéro après que l’aimantation de l’échantillon a été amenée à saturation. La coercivité est généralement mesurée en unités oersted ou ampère/ mètre et est notée HC.

Lorsque le champ coercitif d’un ferromagnétique est important, on dit que le matériau est un aimant dur ou permanent. Les aimants permanents trouvent leur application dans les moteurs électriques, les supports d’enregistrement magnétiques (par exemple, les disques durs, les disquettes ou les bandes magnétiques) et la séparation magnétique. Un ferromagnétique à faible champ coercitif est dit doux et peut être utilisé dans des dispositifs hyperfréquences, des blindages magnétiques, des transformateurs ou des têtes d’enregistrement.

La coercivité peut être mesurée à l’aide d’un analyseur B-H.

• 1 Détermination expérimentale
• 2 Théorie
• 3 Signification
• 4 Références

Détermination expérimentale

Typiquement, la coercivité d’un matériau magnétique est déterminée par la mesure de la boucle d’hystérésis ou de la courbe d’aimantation comme illustré sur la figure. L’appareil utilisé pour acquérir les données est typiquement un magnétomètre à échantillon vibrant ou à gradient alternatif. Le champ appliqué où les données (appelées courbe d’aimantation) traversent zéro est la coercivité. Si un solide antiferromagnétique est présent dans l’échantillon, les coercivités mesurées dans les champs croissants et décroissants peuvent être inégales en raison de l’effet de polarisation d’échange.

La coercivité d’un matériau dépend de l’échelle de temps sur laquelle une courbe d’aimantation est mesurée. L’aimantation d’un matériau mesurée à un champ inversé appliqué qui est nominalement inférieur à la coercivité peut, sur une longue échelle de temps, glisser lentement jusqu’à zéro. Le fluage se produit lorsque l’inversion de l’aimantation par le mouvement de la paroi du domaine est activée thermiquement et est dominée par la viscosité magnétique. La valeur croissante de la coercivité aux hautes fréquences est un obstacle sérieux à l’augmentation des débits de données dans l’enregistrement magnétique à bande passante élevée, aggravée par le fait qu’une densité de stockage accrue nécessite généralement une coercivité plus élevée dans le support.

Théorie

Au champ coercitif, la composante vectorielle de l’aimantation d’un ferromagnétique mesurée le long de la direction du champ appliqué est nulle. Il existe deux modes principaux d’inversion de l’aimantation: la rotation et le mouvement de la paroi du domaine. Lorsque l’aimantation d’un matériau s’inverse par rotation, la composante d’aimantation le long du champ appliqué est nulle car le vecteur pointe dans une direction orthogonale au champ appliqué. Lorsque l’aimantation s’inverse par mouvement de paroi de domaine, l’aimantation nette est faible dans toutes les directions vectorielles car les moments de tous les domaines individuels sont nuls. Des courbes d’aimantation dominées par la rotation et l’anisotropie magnétocristalline se retrouvent dans des matériaux magnétiques relativement parfaits utilisés en recherche fondamentale. Le mouvement de la paroi de domaine est un mécanisme d’inversion plus important dans les matériaux d’ingénierie réels, car des défauts tels que les joints de grains et les impuretés servent de sites de nucléation pour les domaines d’aimantation inversée. Le rôle des murs de domaine dans la détermination de la coercivité est complexe car les défauts peuvent pincer les murs de domaine en plus de les nucléer. La dynamique des parois de domaine dans les ferromagnétiques est similaire à celle des joints de grain et de la plasticité en métallurgie, car les parois de domaine et les joints de grain sont des défauts plans.

Signification

Comme pour tout processus hystérétique, l’aire à l’intérieur de la courbe d’aimantation au cours d’un cycle est un travail effectué sur l’aimant. Les processus dissipatifs courants dans les matériaux magnétiques comprennent la magnétostriction et le mouvement de la paroi du domaine. La coercivité est une mesure du degré d’hystérésis magnétique et caractérise donc la perte de matériaux magnétiques doux pour leurs applications courantes.

La quadrature (M (H = 0) / Ms) et la coercivité sont des chiffres valables pour les aimants durs, bien que le produit énergétique (coercivité des temps d’aimantation à saturation) soit le plus souvent cité. Les années 1980 ont vu le développement d’aimants borures de terres rares avec des produits à haute énergie mais des températures de Curie anormalement basses. Depuis les années 1990, de nouveaux aimants durs à ressort d’échange avec des coercivités élevées ont été développés.

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• Min Chen et David E. Nikles, “Synthesis, Self-Assembly, and Magnetic Properties of FexCoyPt100-x-yNanoparticles”, Nano Lett. 2, 211 -214 (2002).