Superparamagnétisme
Bonjour,
Le superparamégntisme est un état auquel peut accéder un matériau ferromagnétique.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Superparamagn%C3%A9tisme
Quelles sont les différences entre les propriètés d'un état paramagnétiqueet celles d'un état superparamagnétique, s'il y en a ?
Le paramagnétisme classique c'est la situtation qui régne au dessus de la température de Curie. En dessous de cette température le corps est ferromagnétique et organisé en domaines.Envoyé par Toni
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Quand les domaines ferromagnétiques sont petits chaque domaine se comporte comme un macrospin. Donc vis avis du champ extérieur et de la température ce système va se comporter comme une substance paramagnétique. Pour cette raison on l'appelle superparamagnétisme, pour son comportement, bien qu'il s'agisse d'un corps ferromagnétique.
OK
Donc cela signifie que si on isole un tout petit élément ferromagnétique (disons une dizaine de nanomètres), il peut se comporter comme un paramagnétique.
Et si on veut élargir, on peut dire que chaque élément représenté par un macrospin est séparé par une paroi de bloch, une séparation où il y a une variation progressive des spins.
comme |||||||||||||//--\\||||||||||||
Si on considère les barres avec des flèches, on observe le premier domaine de Weiss (pointé vers le haut) puis une paroi de Bloch (modification progressive de l'orientation du spin) et ensuite un deuxième domaine de Weiss (pointé vers le bas).
On peut donc considérer, pour une nanoparticule ferromagnétique, qu'il n'y qu'un seul domaine de Weiss.
Et si on disperse une grande quantité de ces nanoparticule dans un fluide dispersif (comme l'eau) on obtient un ensemble paramagnétique dit superparamagnétique pour rappeler qu'il s'agit quand même à l'origine de matériau ferromagnétique.
On a en fait là l'explication d'un ferrofluide !!!
Mais un ferrofluide a une durée de vie déterminée.
Qu'est ce qui fait les nanoparticules s'agglomèrent (rendant le ferrofluide hétérogène) ?
La "liaison métallique" ?
http://forums.futura-sciences.com/sh...e+m%E9tallique
Force de Van der Wahls (je pense pas) ?
Force électromagnétisme (les macrospins interagiraient entre eux?) ?
parfait!.....................
Je ne connais pas la physique des ferro-fluides, voilà ce que je serais tenté de répondre.
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Le plus simple serait d'envisager que l'ensemble des nanoparticules minimisent leur énergie magnétique. Une nano particule particulière minimise son énergie si toutes les autres sont orientées dans la même direction. Cette interaction magnétique augmente (en valeur absolue) lorsque la distance interparticule diminue et donc auront tendance à s'agglomérer en absence d'effets agissant dans le sens contraire (comme la température).
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A noter que çà ressemble un peu à un gaz de Van Der Walls. Dans ce cas on aurait l'équivalent d'une transition gaz liquide!
-Quel rapport y a t il entre spin et magnétisme ? (on pense au même spin, celui de l'électron?)
En fait cela revient à demander quelle est la différence entre spin et moment magnétique ?
-Un système tend toujours à se stabiliser en minimisant son énergie.
Pourquoi l'énergie d'une nano particule est elle plus basse si l'orientation (du spin) de son entourage est le même ?
Je n'ai pas très bien compris.
On veut que l'energie magnétique diminue or si on rapproche les particules l'énergie augmente. Alors pourquoi se rapproche t elle ?
(Désolé si je suis dur à la comprenote mais là je bloque)
Pour revenir à la première question, en fait la particule agit sur une autre pour l'orienté comme elle et pour cela elle utilise l'interaction magnétique (Biot et Savart) ?
Oups, mon dernier message s'est mis avant celui qui précède celui là ...
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Un spin porte un moment magnétique. La constante de proportionalité est le magnéton de Bohr.
.]
-Un système tend toujours à se stabiliser en minimisant son énergie.
Oui s'il peut évacuer le surplus d'énergie sous forme de chaleur.
.Pourquoi l'énergie d'une nano particule est elle plus basse si l'orientation (du spin) de son entourage est le même ?
Il faut que je réfléchisse parceque dans ce contexte j'ai peut-être fait une erreur de signe.
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En attendant l'énergie d'un moment magnétique dans un champ magnétique c'est:
E = -mu.B produit scalaire de 2 vecteurs.
Lorsque mu et B sont colinéaires et dans le même sens l'énergie du moment magnétique est minimisée.
.Je n'ai pas très bien compris.
On veut que l'energie magnétique diminue or si on rapproche les particules l'énergie augmente. Alors pourquoi se rapproche t elle ?
(Désolé si je suis dur à la comprenote mais là je bloque)
C'est un peu équivalent à ce que 2 charges de signes opposées abaissent leur énergie potentielle en se rapprochant.
Effectivement un moment magnétique c'est une source de champ magnétique. le moment magnétique de la nanoparticule est équivalent à 1 boucle de courant.Pour revenir à la première question, en fait la particule agit sur une autre pour l'orienté comme elle et pour cela elle utilise l'interaction magnétique (Biot et Savart) ?
Déjà merci beaucoup car vous m'aurez fait énormemment avancer aujourd'hui !
Comme vous avez pu le comprendre mon sujet est le ferrofluide (TIPE). A présent je maîtrise qualitativement bien le principe.
En ce concerne la stabilité :
On peut représenter les nanoparticules pas leur spin (ce qui nous intéresse) qui porte un moment magnétique. Il s'agit par exemple d'étudier, pour 2 particules, un système de 2 dipoles magnétiques et là c'est assez dans mes cordes.
J'ai bien compris pourquoi les spins deviennent parallèles et pourquoi les nanoparticules se rapprochent, il suffit d'étudier à l'aide des formules.
Mais, 2 particules dont les spins sont opposés sont autant stables que 2 particules dont les spins sont dans le même sens. Alors lorsque le ferro fluide est périmé on obtient soit un solide qui a un moment magnétique global, soit un solide sans moment magnétique, c'est à dire que toute les particules sont apariées à une autre dont le spin est opposé au sien.
Maintenant il me reste une interrogation principale, comment faire pour étudier le tout et quels sont les facteurs de la vitesse d'agglomérations des particules. Mais là il faut toquer à la porte de quelqu'un qui a déjà bien étudié le sujet.
Ah si une dernière interrogation pour ce soir. Lorsque ma nano particule est dans le fluide (et qu'on a donc notre ferro-fluide), il se forme un micelle dont le elle est le centre et ce qui est autour est le fluide dispersif (l'eau par exemple). Dans la paroi de bloch qui entoure notre nano particule (un domaine de Weiss), la variation d'orientation de spin commence à celle du spin de la particule jusqu'à celle .... de la molècule d'eau ? En effet l'eau à un moment magnétique donc je pense que ça peut coller. Mais cela me semble un peu simple c'est pourquoi je doute.
L'échelle d'une molécule d'eau est bien de quelque nanomètre ?
Salut!
je pense que c'est pas évident de comprendre tout cela en prépa...
je vais essayer de donner quelques infos :
la configuration magnétique d'un système est déterminée par le minimum d'énergie libre en champ appliqué nul et par le minimum d'enthalpe libre en champ appliqué.
grosièrement, on a 4 sources d'énergie différentes :
1) énergie d'échange qui pénalise les non uniformités de l'aimantation => tend à rendre l'aimantation uniforme dan le matériau.
2) énergie d'anisotroie magnétocristalline qui tend à aligner l'aimantation su certains axes cristallographiques privilégiés (axe C d'un système héxagonal par exemple)
3) énergie magnétostatique ou dipolaire : cest en qq sorte le terme qui pose problème car il est non local : une aimantation M au point R créé un champ H' au point r'. Par analogie avec l'électrostatiue, ce terme est toujours positif et nul ssi on n'arrive à éviter toutes charges surfaciques/volumiques.
* charges volumiques évitées si aimantation uniforme
* charges surfaciques évitées si aimantation parallèle à la surface en tout point
on voit que ces 2 conditions ne sont pas simultanément vérifiables (sauf dans le cas d'un ellipsoide infiniment allongé...)
4) énergie magnétoelastique associée à la deformation du cristal engendrée par l'aimantation
5) si champ appliquée: énergie magnétique qui traduit le couplage de l'aimantation au champ extérieur.
ces énergies peuvent beaucoup varier d'un matériau à l'autre, et en fonction de la taille et de la forme du matériau. C'est cela qui explique l'énorme variété de configurations magnétiques différenes.
La minimisation complète de tout cela est accessible par simulation pour des tailles en deça du micron : équations dites du micromagnétisme.
pour les échantillons plus gros, il faut avoir recours à des méthodes empiriques (par exemple, on suppose une config. avec telle forme de domaine, et on trouve la taille optimale des domaines mais rien ne nous dit que les domaines ont en fait une forme plus complexe...)....
bon, je continuerais mes explications plus tard...pas le temps là !
ciao !
Je n'est pas tout compris je l'avoue, je passais en coup de vent. Juste au moment où tout commençaient à se clarifier votre message arrive avec tous ces facteurs jusque là inconnus, à prendre en compte. C'est génial, ça m'avance progressivement j'ai le temps d'intégrer.
Vous avez l'air de vous y connaître avez vous de la documentation à me conseiller. Je repasserai très pour relire tout ça à tête reposée et pour voir la suite si vous avez été le plus rapide.
salut !
et ouai, je suis le plus rapide
bon, je reprends là où j'en étais :
lorsque l'on part d'un matériau ferromagnétique massif, comportant donc une structure en domaines plus ou moins complexe, et qu'on diminue progressivement la taille de l'échantillon, on arrive à être monodomaine.
le cout en énergie d'une paroi est trop important, l'échantillon préfère redevenir monodomaine.
cela ne signifie pas forcément que l'aimantation est uniforme: il peut y avoir là encore de structures plus ou moins complexes : alors, bon c'est pas évident à décrire (des dessins seraient très parlant) : mais en gro, on peut avoir des structures en "parapluie", des vortex, ou autres arrangemets des spins...
lorsque l'on diminue encore la taille du système, on finit effectivement par avoir une aimantation complètement uniforme dans l'échantillon. C'est seulement à ce moment là que l'on peut vraiment parler de macrospin.
bon, ensuite, je peux développer sur pas mal de choses notamment le stockage magnétique avec retournement d'aimantation (franchissement de barrière de potentiel par activation thermique et les problèmes actuellement rencontrés (en gros, il faut que la taille des macrospin soit plus petite qu'un certain seuil, mais il faut aussi qu'elle soit plus grande qu'un autre seuil pour permettre un stockage durable de l'aimantation => faible marge de manoeuvre et/ou besoin de nouveaux matériaux plus performants...)
ensuite, différentes choses peuvent se rajouter : très rare d'avoir des nanoparicules parfaitement sphériques par exemple, on a souvent des facettes (liées à l'anistropie), fluctuations de taille d'un particule à l'autre...etc
pour la doc, j'ai pas de fichier informatique (pas mal de choses sur papier cependant), mais tu peux trouver quelques élements de réponse dans des bouquins spcialisés sur le magnétisme/micromagnétisme je pense...
dis moi plus précisément ce que tu veux faire, ce que tu as envie de savoir, j'essairais de t'aiguiller...
Un système superparamagnétique est un ensemble de nano ou microparticules monodomaines. Pour simplifier on peut considérer des particules avec une seule direction d'aimantation facile.
Donc chaque particule a un moment magnétique qui peut pointer dans deux directions opposées. La barrière énergétique qui sépare ces deux positions est proportionnelle au volume de la particule. Pour de très petites particules le moment magnétique va donc sauter de part et d'autre de la barrière sous l'effet des fluctutations thermiques (loi d'arrhenius typique) à température ambiante et surtout bien en deça de la température de transition du matériau en bulk.
De plus si les particules sont libres de leur mouvement, dans un liquide par exemple, elles peuvent s'orienter tel que leur direction d'aimantation facile pointe dans la direction du champ appliqué.
Tout se passe donc comme si l'on avait des spins géants, libres de s'orienter dans la direction du champ. La
loi qui régit la variation de l'aimantation en fonction du champ appliqué et de la température est approximativement une loi de langevin en coth.
Un paramètre important est ce que l'on appelle la température de bloquage. Elle correspond à la température en deça de laquelle les fluctuations thermiques ne sont plus suffisantes pour faire flipper l'aimantation. Sous cette température, le comportement du matériaux cesse alors d'être superparamagnétique. Cette température est typiquement donnée par(K la constante d'anisotropie, V le volume de la particule).
Un point intéressant est que très en dessous de la température de bloquage, on observe encore des flips de l'aimantation mais cette fois-ci dûs à la traversée de la barrière énergétique par effet tunnel .
Dernière modification par spi100 ; 17/02/2007 à 22h15.
GCS/S s: a C++ DI++>+++ UL++A++HIS++$ P++>+++$ E+>++$ W+>++$ N+ Y+ e++++ t+++ y+++
c'est cool, merci d'avoir continué !
il va finir par avoir un cors complet de magnétisme...
manque juste quelques équations derrière toutes ces explications et notre homme est paré !
Merci pour ce tonnerre d'expliquations !!
Mais la digestion de tout cela ne se passe pas tout seul.
Déjà l'énergie d'échange ... je vois pas très à quoi cela correspond et pourquoi une aimantation une uniforme minimise l'énergie.
Comment détermine t on la constante d'anisotropie ? L'énergie d'anisotropie est une énergie qui dépend du milieu, ai je tort ?
L'énergie magnétostatique disparait lorsqu'on parle de ferrofluide (non solide), mais apparait il une autre forme d'énergie lié au solvant ?
Si je veux modéliser l'interaction entre 2 nanoparticules de mon ferrofluide.
Je prend en compte le macrospin de chacune, ce qui me donne le moment magnétique grâce au magnéton de Borh (un petit commentaire ne serait pas de refus). Et ensuite je considère les moment magnétiques comme une spire et j'utilise la loi de Biot et Savart ... mais quel rapport entre le moment magnétique et le courant que j'utilise dans la susdite formule.
La loi de Langevin est elle celle ci : M = C*B/T ?
M vecteur aimantation
C constante de Curie
B vecteur champs magnéitque
T température
Si je veux étudier l'enthalpie libre (si ce n'est pas trop compliqué) je dois alors rajouter dans l'énergie interne toute les sortes d'énergie.
Dans un fluide, s'il y a deux nanoparticules superparamagnétiques, vont elles finir par s'attirer ?
Je pense que oui, mais comment ... déjà elles minimines leur énergie en orientant leur spin parallèlement, mais de sens opposé ou pas ? L'énergie d'échange de el boucher dirait oui, mais dans ce cas pourquoi s'attirerait elle puisque les spins ont le même sens (analogie, 2 poles sud se repoussent, ainsi que 2 charges +). Et si finalement les spins sont opposés, les particules s'apparient comme 2 électrons dans une couche électronique d'atome.
Mais je soupçonne une autre cause que je n'aurais pas saisi, qui aurait pour effet de les rapprocher quelque soit l'orientation de leur spin. Bref je suis un peu noyé.
Et si j'ai bien compris l'histoire des changements d'orientation du spin. Il existe une barrière d'énergie entre l'orientation vers le bas, et celle vers le haut. On peut appelé cette barrière d'énergie : énergie d'activation A, et on considère le changement d'orientation comme une réaction (je fais cette analogie car je n'utilise la loi d'Arréhnius que dans la cinétique chimique). Et la vitesse k de retournement est donné par k = exp(-A/(RT))
Et la température est un paramètre très important. Il faut être en dessous de la température de Curie pour garder les proprièté de l'élément ferromagnétique. Il faut être au dessus de la température de bloquage. Et plus la température est grande, plus la norme du vercteur aimantation est petite.
Et qu'est qu'un bulk ?
(ne me laisser pas tomber maintenant que vous m'avez mis plein de questions dans la tête!merci)
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Ca c'est le fondement de l'origine du ferromagnétisme au niveau microscopique. Le phènomène relève de la MQ. En très court 2 spins atomiques disposés sur 2 sites atomiques premiers voisins ont une énergie plus basse quand les spins sont parallèles. Si tu retournes un spin (congiguration antiparallèle il t'en coutera une énergie 2J appelée énergie d'échange. C'est la raison pour laquelle en montant en température le ferromagnétisme disparaitra.
.Comment détermine t on la constante d'anisotropie ? L'énergie d'anisotropie est une énergie qui dépend du milieu, ai je tort ?
Si les spins atomiques n'interagissait qu'entre-eux, les domaines ferromagnétiques pourraient avoir toutes les directions possibles. chaque domaine étant séparé par une paroi de Bloch.
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En fait les spins atomiques interagissent avec le mouvement orbital des atomes, si bien que des orientations sont favorisées en rapport avec les symétries cristallines. Un domaine "mal orienté" a donc une énergie supplémentaire que l'on appelle énergie d'anisotropie.
.L'énergie magnétostatique disparait lorsqu'on parle de ferrofluide (non solide), mais apparait il une autre forme d'énergie lié au solvant ?
Si ton solvant est non magnétique, il se comportement vis a vis dun champ magnétique comme le vide. Il y a donc bien une énergie magnétostatique.
;Si je veux modéliser l'interaction entre 2 nanoparticules de mon ferrofluide.
Je prend en compte le macrospin de chacune, ce qui me donne le moment magnétique grâce au magnéton de Borh (un petit commentaire ne serait pas de refus).
Le macrospin multiplié par le magnéton de Bohr te donne le macro moment magnétique.
.Et ensuite je considère les moment magnétiques comme une spire et j'utilise la loi de Biot et Savart ... mais quel rapport entre le moment magnétique et le courant que j'utilise dans la susdite formule.
Un macromoment M cree un champ magnétique B autour de lui (comme tous les aimants). l'autre macro-aimant N baigne dans ce champ magnétique avec une énergie E = -N.B (a des constantes près). C'est équivalent a l'interaction entre 2 charges électriques.
;La loi de Langevin est elle celle ci : M = C*B/T ?
M vecteur aimantation
C constante de Curie
B vecteur champs magnéitque
T température
Cà c'est de le résultat de la statistique:
voir paramagnétisme de Langevin.
;Si je veux étudier l'enthalpie libre (si ce n'est pas trop compliqué) je dois alors rajouter dans l'énergie interne toute les sortes d'énergie.
Absolument. Toutes les énergies. Si tes particules acquièrent de l'énergie cinétique, il faut en tenir compte.
.Dans un fluide, s'il y a deux nanoparticules superparamagnétiques, vont elles finir par s'attirer ?
S'il n'y a que que les interactions magnétiques attractives, c'est oui. Mais si tu tiend compte de l'énergie cinétique cela peut changer. en plus a courte portée il peut y avoir des effets de colloïdes. pour çà il faudrait prèciser les matériaux.
.Je pense que oui, mais comment ... déjà elles minimines leur énergie en orientant leur spin parallèlement, mais de sens opposé ou pas ? L'énergie d'échange de el boucher dirait oui, mais dans ce cas pourquoi s'attirerait elle puisque les spins ont le même sens (analogie, 2 poles sud se repoussent, ainsi que 2 charges +). Et si finalement les spins sont opposés, les particules s'apparient comme 2 électrons dans une couche électronique d'atome.
L'énergie d'échange n'intervient qu'au niveau microscopique pour fabriquer les macrospins. Tu peux donc considérer que tu as des aimants permanents attachés à chaque nanoparticule libre.
.Et si j'ai bien compris l'histoire des changements d'orientation du spin. Il existe une barrière d'énergie entre l'orientation vers le bas, et celle vers le haut. On peut appelé cette barrière d'énergie : énergie d'activation A, et on considère le changement d'orientation comme une réaction (je fais cette analogie car je n'utilise la loi d'Arréhnius que dans la cinétique chimique). Et la vitesse k de retournement est donné par k = exp(-A/(RT))
Excate. l'énergie d'activation en question c'est ce que l'on appelle l'énergie d'échange et qui vaut A = 2.J
.Et la température est un paramètre très important. Il faut être en dessous de la température de Curie pour garder les proprièté de l'élément ferromagnétique.
Absolument.
.Et qu'est qu'un bulk ?
Ca veut dire massif.
L'énergie d'échange est de nature purement quantique. Elle force deux spins voisins à s'aligner, c'est une interaction de très courte portée, 1 à 2 sites atomiques, contrairement à l'interaction dipolaire.
Quand on fait un bilan énergétique d'un système de spins à deux états, up et down, on a quelque chose de la forme
La première sommation correspond au terme d'échange, on peut souvent se limiter aux premiers voisins. La deuxième sommation correspond à l'interaction dipolaire.
Comme en général on a w >> 1/r_ij pour les premiers voisins, les spins voisins ont tendance à être de même sens. Par contre pour les voisins lointains seule l'interaction dipolaire intervient, ils ont donc tendance à être de directions opposées. Mais chaque voisin lointain d'un spin est aussi premier voisin d'un autre spin ... C'est de ces contraintes antinomiques, qu'émergent des structures plus ou moins complexes de domaines magnétiques.
La contrainte d'anisotropie est un terme que l'on rajoute de manière très empirique, dans le bilan énergétique que je donnais plus haut. Il doit permettre d'abaisser l'énergie si les spins se placent dans une direction donnée.
Pour un matériau avec une seule direction d'aimantation facile z, le terme est en
K peut dépendre de beacoup de choses, de la forme, des contraintes élastiques, etc.
Le bilan énergétique est de la forme
Avec
Dernière modification par spi100 ; 18/02/2007 à 22h13.
GCS/S s: a C++ DI++>+++ UL++A++HIS++$ P++>+++$ E+>++$ W+>++$ N+ Y+ e++++ t+++ y+++
Bonjour,
Quelle est la différence entre ZFC et FC?
Merci d'avance.
Bonjour,
Que signifie ZFC et FC ?
zero field cooled (zfc) and feild cooled (fc)
Bonjour.
Dans un cas on refroidit avec le champ nul.
Vous avez cette discussion dans un forum en anglais:
http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=486731
Au revoir.
J'ai vu ce forum mais j'ai pas compris quelle est la différences entre ces courbes et comment on l'obtient?
salut,
comment on calcul la constante d'anisotropie est quelle est la relation entre l'anisotropie et les cycles d'hystérésis carré?
Merci d'avance
