I. -__ CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES

54. Le ferromagnétisme du manganèse. — Deux conditions sont nécessaires pour qu'il y ait ferromagnétisme :

a. Existence d’un moment magnétique dans l’atome. b. Interactions entre porteurs de moment assurant leur parallélisme.

Le moment atomique est lié à la présence d’une couche électronique intérieure incomplète, dans laquelle un moment peut apparaître grâce aux électrons à « spin » non compensé.

Les éléments ferromagnétiques appartiennent done aux séries de transition de la classification périodique; en particulier dans la première série nous trouvons :

Er Mn re Co Nr

Fe, Co, Ni sont ferromagnétiques à l’état métallique, Cr et Mn ne le sont pas.

On peut se demander, en ce qui concerne le manganèse, si une seule des deux conditions ci-dessus n’est pas remplie, ou si elles ne sont satisfaites ni l’une ni l’autre.

Le manganèse, à l’état métallique, entre — 1839 et + 6000 C., a un paramagnétisme qui varie faiblement, mais d'une façon continue, avec la température, et, dans ses solutions solides étendues, on met en évidence une constante de Curie; il est donc probable qu’il possède un moment atomique, et que, seule, la condition b n’est pas satisfaite.

() Cf. les conférences faites par M. L. Néel à l’Institut Henri Poincaré (Archives originales du Centre de Documentalion, n° 102).

Les interactions dépendent des distances entre les atomes magnétiques. M. R. Forrer [52] a pu ainsi dresser la liste des distances ferromagnétiques du fer et de ses composés. On a suggéré différentes représentations graphiques des propriétés magnétiques en fonction des distances entre atomes voisins magnétiques. Je reproduis (fig. 55) celle préconisée par

M. L. Néel[58]: la courbe l donne la variation de l'énergie d'interaction u, u étant le coefficient du champ moléculaire rapporté à un voisin, en fonction de d— 2 r (d, distance entre deux atomes voisins: r, rayon de la couche 3 d).

L'énergie positive correspond au ferromagnétisme et l’énergie négative, dont la théorie ne rend d’ailleurs que très imparfaitement compte, au paramagnétisme. La position du manganèse sur cette courbe est particulièrement intéressante; on voit que, si la distance entre ses atomes est augmentée, le ferromagnétisme peut apparaître. C’est bien ce qui a lieu dans les alliages qui ont fait l’objet de cette étude: pour tous ceux dont les réseaux sont connus, nous relevons des distances supérieures à 2,80 À, alors que les atomes de manganèse + sont seulement distants de 2,08 À.

Nous ne tirerons pas, de la courbe F, de conclusions plus ‘précises, en ce qui concerne les distances ferromagnétiques du manganèse, car cette courbe ne traduit probablement pas une loi rigoureuse.

09. Moment à saturation et état électronique. — [ans les métaux de transition de la famille du fer, la structure électronique est la suivante : des étages saturés de moment magnétique résultant nul : LS, A SDS 3 8, 3 p et deux étages incomplets : 3 d et 4 5.

L'étude magnétique du cuivre, pour lequel seule la couche 4s est incomplète, la couche 3 d renfermant 10 électrons, conduit à un faible paramagnétisme indépendant de la température.

On peut admettre, en s'appuyant sur cet exemple et sur d’autres qui le confirment, que la part de l'étage s, dans l’aimantation totale des ferromagnétiques, est négligeable, même en supposant un couplage entre les étages d et s. Donc, seul l'étage d incomplet est à retenir dans l'interprétation des moments.

Un électron 3 d possède un moment de spin égal à : magnéton de Bohr et un moment orbital. Comment peut-on distribuer les moments expérimentaux entre spins et orbites ?

L'étude des phénomènes gyromagnétiques permet de préciser la part du moment orbital dans le moment total. En effet, le rapport gyro-

r . e Là A LI x magnétique ;, est égal à 1 pour le moment de spin et à 2 pour le moment

orbital. L’excédent sur la valeur : mesure directement la part du moment orbital dans le moment total.

Quoique les désaccords expérimentaux sur la valeur du rapport gyromagnétique soient assez importants (les meilleures mesures donnent, en effet, pour le fer Armco 1,027 et 1,032, pour le fer Yensen 1,091, pour le nickel 1,032 et 1,052 et pour le cobalt 1,07 et 1,09), on voit que la part qui revient au moment orbital n’est de quelques pour cent du moment total : le moment orbital est presque entièrement bloqué.

Si l'atome contient n électrons 3 d, le moment résultant dù aux spins doit prendre la valeur maximum compatible avec le principe d'exclusion de Pauli, soit :

(10 — 7) ur.

Nous arrivons donc à la conclusion que : le moment à saluration, défalcation faite du faible moment orbital, et, en supposant un parallélisme complet des moments, devrait s'exprimer par un nombre entier de magnélons de Bohr.

Sans hypothèses supplémentaires, cette théorie ne peut donc rendre compte de mes résultats expérimentaux. Dans la suite, je vais étudier les valeurs des moments à saturation que j'ai déterminés, et tenter de les interpréter.