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Jun 13, 2023

Une fois en haut, une fois en bas, comment la configuration atomique locale affecte-t-elle le magnétisme de l'alliage ?

Un exemple illustrant l’impact et l’ampleur de l’importance des matériaux est le nom des âges de la préhistoire, tels que l’âge de la pierre, du bronze ou du fer. L'utilisation de ces matériaux par des personnes dans un

Un exemple illustrant l’impact et l’ampleur de l’importance des matériaux est le nom des âges de la préhistoire, tels que l’âge de la pierre, du bronze ou du fer. L’utilisation de ces matériaux par les humains à une époque donnée a marqué une avancée décisive dans le développement de l’humanité en tant qu’espèce.

Les propriétés uniques qui conditionnaient autrefois l'utilisation de matériaux donnés étaient et sont toujours la dureté et la capacité de les transformer. Initialement, ils servaient à fabriquer les outils nécessaires à la survie. Cependant, ils constituent actuellement le fondement du monde matériel qui nous entoure et leur utilisation de plus en plus large affecte l’amélioration continue du confort et de la qualité de notre vie.

Au stade actuel du développement de la civilisation, les plastiques peuvent être placés au premier rang des matériaux critiques qui, en raison de leurs propriétés plastiques uniques, se retrouvent dans la multitude d'objets qui nous entourent et que nous utilisons quotidiennement. Un autre matériau moins évident pour le grand public mais aussi courant et important que le plastique est le silicium. Les propriétés électriques du silicium, c'est-à-dire ce qu'on appelle la semi-conductivité, constituent la base de l'électronique. Dans ce dernier cas, ce ne sont plus les propriétés utiles à la création de nouveaux objets mais les effets physiques internes du matériau qui déterminent sa fonctionnalité et sa large application.

La demande croissante de nouveaux matériaux dotés de propriétés fonctionnelles a conduit à la découverte de nombreux effets fantastiques à l’état solide. Beaucoup d’entre eux sont liés au phénomène physique du magnétisme, qui repose sur la structure électronique interne d’un matériau donné. Un exemple de telles propriétés fonctionnelles est la mémoire de forme magnétique et l’effet magnétocalorique, qui se produisent dans les alliages magnétiques à mémoire de forme (FSMA – alliages ferromagnétiques à mémoire de forme) et sont étroitement liés. Dans les deux effets, le phénomène de modification de la structure cristalline interne sous l’influence du champ magnétique appliqué est utilisé. Dans le cas de l’effet mémoire de forme magnétique, cela se traduit par une modification de la forme ou du mouvement du matériau. L'effet magnétocalorique est basé sur une transformation se produisant sous l'influence d'un champ magnétique au cours de laquelle une phase basse température avec une faible valeur d'aimantation se transforme en une phase de forte magnétisation avec une valeur d'aimantation élevée. La différence entre les valeurs de magnétisation des deux phases est d'une importance cruciale du point de vue de l'intensité de l'effet.

Les principaux représentants des alliages magnétiques à mémoire de forme sont les alliages Heusler Ni2Mn1+xZ1-x, où Z = In, Sn, Sb. Les alliages Heusler constituent une large classe de matériaux dotés de propriétés physiques diverses. Selon leur composition, il peut s'agir de métaux, de semi-conducteurs ou de semi-métaux, pour la plupart magnétiques.

Dans le cadre d'une étroite coopération, des chercheurs du Centre NanoBioMedical de l'Université Adam Mickiewicz, de l'Institut de physique moléculaire de l'Académie polonaise des sciences de Poznań et de l'Université de Linköping (Suède) ont étudié l'effet d'une modification de la composition de Ni2Mn1+xZ1- x alliages (Z = In, Sn, Sb) sur les propriétés magnétiques de leur phase haute température. À l'aide de méthodes informatiques, les scientifiques ont expliqué la nature positive, négative et non monotone des changements du moment magnétique observés pour ces alliages en fonction de la racine substituée à « Z ». À cette fin, les chercheurs ont développé un modèle montrant comment les changements dans la configuration atomique locale affectent le moment magnétique total de l’alliage. De plus, les conclusions obtenues grâce à l'utilisation du modèle proposé ont été confirmées expérimentalement. À cette fin, les scientifiques ont utilisé le phénomène de déplacement de boucle d'hystérésis dans le champ magnétique, appelé effet « biais d'échange », qui a confirmé l'existence de zones contribuant négativement au moment magnétique total dans l'alliage Ni2Mn1+xSn1-x.

L'application du modèle développé ne se limite pas aux alliages mentionnés ci-dessus mais permet l'étude des propriétés physiques, notamment du magnétisme, dans des matériaux de composition non stœchiométrique.