Domaines magnétiques
L’ordonnancement microscopique des spins électroniques caractéristiques des matériaux ferromagnétiques conduit à la formation de régions d’alignement magnétique appelées domaines.
La principale implication des domaines est qu’il existe déjà un haut degré d’aimantation dans les matériaux ferromagnétiques au sein des domaines individuels, mais qu’en l’absence de champs magnétiques externes, ces domaines sont orientés de manière aléatoire. Un champ magnétique appliqué modeste peut provoquer un plus grand degré d’alignement des moments magnétiques avec le champ externe, donnant une grande multiplication du champ appliqué.
Ces illustrations de domaines sont uniquement conceptuelles et ne sont pas destinées à donner une échelle précise de la taille ou de la forme des domaines. Les données microscopiques sur l’aimantation indiquent que l’aimantation nette des matériaux ferromagnétiques en réponse à un champ magnétique externe peut en fait se produire davantage par la croissance des domaines parallèles au champ appliqué au détriment des autres domaines plutôt que par la réorientation des domaines eux-mêmes comme le laisse entendre le croquis.
Certaines des preuves les plus directes que nous avons sur les domaines proviennent de l’imagerie des domaines dans les monocristaux de matériaux ferromagnétiques. Les croquis ci-dessus sont d’après Young et sont adaptés d’images agrandies de limites de domaines dans des monocristaux de nickel. Ils suggèrent que les champs magnétiques externes ont pour effet de déplacer les limites des domaines en faveur des domaines qui sont parallèles au champ appliqué. Il n’est pas clair comment cela s’applique aux matériaux magnétiques en vrac qui sont polycristallins. Il faut garder à l’esprit que les champs magnétiques internes qui proviennent de l’ordonnancement à longue distance des spins des électrons sont beaucoup plus puissants, parfois des centaines de fois plus puissants, que les champs magnétiques externes nécessaires pour produire ces changements dans l’alignement des domaines. La multiplication effective du champ externe qui peut être obtenue par l’alignement des domaines est souvent exprimée en termes de perméabilité relative.
Les domaines peuvent être rendus visibles par l’utilisation de suspensions colloïdales magnétiques qui se concentrent le long des frontières des domaines. Les frontières de domaine peuvent être imagées par la lumière polarisée, et aussi avec l’utilisation de la diffraction des électrons. L’observation du mouvement des limites de domaines sous l’influence de champs magnétiques appliqués a contribué au développement de traitements théoriques. Il a été démontré que la formation de domaines minimise la contribution magnétique à l’énergie libre.