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Les contraires s’attirent tandis que les identiques se repoussent. Correct, car nous parlons des charges de signe contraire ou identique des aimants. Le secret de leurs forces d’attraction se trouve en leur sein, dans des parties de leur construction qui sont invisibles à l’œil nu. Ce sont précisément ces structures qu’examinent Andreas Michels et ses collègues Frank Döbrich, Dirk Honecker et Jens-Peter Bick à l’Université de Luxembourg.
Les aimants présentent une foule d’applications possibles dans les domaines les plus divers : on les trouve dans les moteurs électroniques des voitures hybrides, dans les enceintes audio, les microphones et les écouteurs, dans les fours à micro ondes ou encore à l’intérieur des disques durs des ordinateurs.
En toute logique, ils sont nécessaires à ces applications dans des tailles et des puissances des plus diverses. C’est précisément à cet endroit que se montre toute l’importance du travail de Michels et de ses collègues. Ils cherchent en effet à savoir comment certaines modifications de la structure des métaux peuvent influencer leurs propriétés magnétiques.
D’infimes modifications peuvent à elles seules produire de grands effets
Les scientifiques savent que d’infimes modifications dans la structure du cristal des aimants peuvent déjà produire de grands effets. Il reste encore à savoir quelle structure conditionne précisément quelle propriété, soit une question par rapport à laquelle l’on ne peut que déplorer les trop rares éléments de réponses disponibles à ce jour.
C’est justement à cet endroit que le groupe souhaite apporter des éclaircissements. La structure et la composition des aimants se laissent effectivement manipuler : quand on connaît l’interaction entre la construction et les propriétés, l’on peut aisément fabriquer des aimants taillés sur mesure.
Des supers aimants en métaux terreux rares
L’équipe rassemblée autour de Michels s’intéresse plus particulièrement aux aimants en métaux terreux rares. Des matières à consonance aussi exotique que l’erbium, le terbium ou le néodyme sont la base de certains des aimants les plus puissants que nous connaissions. L’addition de métaux terreux rares à elle seule rend les autres aimants plus forts à condition que le mélange soit correct.
Une raison à cet égard se trouve dans la coercitivité très élevée des métaux terreux rares, c’est-à-dire leur aptitude à résister à la démagnétisation. C’est l’une des propriétés qui peut s’améliorer ou se détériorer par les changements dans la structure interne des métaux.
Sous le feu des neutrons, les aimants révèlent certains secrets
Michels et son équipe expérimentent aussi bien avec des métaux terreux rares dans leur forme pure qu’avec des mélanges comme par exemple les alliages composés de néodyme-fer-bore. Ils fabriquent différents échantillons qui sont ensuite examinés, entre autres, au moyen de la dispersion magnétique de neutrons (voir info box).
En plus de leur recherche sur les matériaux magnétiques proprement dits, le groupe s‘est aussi fixé un autre objectif sous la forme du perfectionnement d’une méthode d’analyse relativement nouvelle et très prometteuse : Michels et ses collègues fignolent l’amélioration de ladite « section efficace de diffusion à rotation éclatée ».
Avec cette technique, l’on peut mesurer les modifications de l’orientation du moment magnétique des neutrons. Ainsi s’ouvre, pour les scientifiques, une toute nouvelle source d’informations concernant les propriétés magnétiques d’un matériau.
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Infobox
Chaque matériau se compose d’atomes ; ceux-ci se composent à leur tour d’un noyau autour duquel tournent des électrons. Ensemble, la rotation et la charge électrique provoquent un minuscule moment magnétique.
L’on peut s’imaginer cette magnétisation comme une flèche qui pointe dans une direction quelconque : pour l‘atome x, il se montre du côté gauche, pour son atome voisin, de la droite, pour un troisième atome à nouveau vers le bas...
Si les flèches sont toutes tournées dans des directions différentes, il ne se passera pas grand chose : les forces magnétiques tirent dans des directions opposées et s’annulent réciproquement.
Pour certains matériaux, dont le fer et les métaux terreux rares, l’on peut diriger toutes les flèches de la même manière en exposant le matériau à un fort champ magnétique. Si toutes les flèches pointent à présent dans la même direction en son sein, le matériau deviendra aussi magnétique lui-même.
Si cette situation est maintenue pendant un période plus longue, même sans le champ magnétique externe, l’on parle d’un aimant permanent.
Lors de la dispersion magnétique des neutrons, on bombarde, pour simplifier les choses, un prélèvement de matériau de neutrons, une sorte de particule élémentaire.
La dispersion magnétique de neutrons repose sur deux propriétés de base. En premier lieu, comme le laisse deviner leur nom, les neutrons sont neutres électriquement et ne déraillent dès lors pas sous l’effet des charges électriques. Cela les dote de la capacité de s’infiltrer en profondeur dans les matériaux.
En deuxième lieu, ils sont cependant aussi de minuscules aimants, ce qui signifie que les moments magnétiques dans un matériau peuvent les écarter du droit chemin (par exemple lorsque deux pôles identiques se repoussent).
Les chercheurs peuvent tirer de précieuses conclusions à partir de la trajectoire modifiée des neutrons en ce qui concerne la constitution du matériau bombardé.
Bei der magnetischen Neutronenstreuung wird, ganz vereinfacht, eine Materialprobe mit Neutronen, einer Art Elementarteilchen, beschossen.
Magnetische Neutronenstreuung beruht auf zwei Grundeigenschaften. Erstens sind Neutronen, wie der Name es bereits vermuten lässt, elektrisch neutral und werden daher auch nicht durch elektrische Ladungen aus der Bahn gebracht. Dies verleiht ihnen die Fähigkeit, tief in Materialien einzudringen.
Zweitens sind sie aber auch winzige Magnete. Dies bedeutet, dass Magnetmomente in einem Material sie also vom rechten Weg abbringen können (z.B. wenn zwei gleiche Pole sich abstoßen).
Die Forscher können aus der veränderten Flugbahn der Neutronen wertvolle Schlüsse zur Beschaffenheit des durchschossenen Materials ziehen.
