VI. — Les alliages isoélectroniques

$ 20. Le problème des alliages isoélectroniques. — Au cours d’une étude des moments atomiques des alliages ferromagnétiques du groupe fer, cobalt, nickel, R. Forrer (15, 16) souleva le problème relatif aux Hifférences des moments d’alliages de même densité électronique. En effet des alliages du groupe Fe-Co-Ni de différentes compositions mais de même titre électronique moyen — d'où leur nom d’alliages isoélectroniques — de même structure cristalline et de distances réticulaires presque identiques se distinguent pourtant par des moments atomiques et des points de Curie différents. Les différences entre points de Curie s'expliquent naturellement puisque cette température mesure l'énergie d'interaction entre atomes voisins et traduit donc un phénomène localisé différent suivant les atomes en présence. [l n’en est pas de même pour le moment atomique dont la valeur observée est le résultat d’une mesure moyenne : des alliages à même densité électronique devraient donc posséder des moments identiques. Les différences de moments extrêmes observées sont données par les alliages binaires des éléments Fe:Co-Ni de même nombre électronique moyen. Le graphique de la figure 11 représente

les moments de ces alliages portés en fonction de leurs nombres électroniques moyens. Les différences de moments dépassent 10 0/0 dans la partie gauche du graphique entre les ferrocobalts et les ferronickels qui cristallisent dans le réseau du tube centré.

R. Forrer (16) suggéra une explication du comportement de ces alliages qui entrait dans le cadre de son essai général d'interprétation des moments atomiques des alliages Fe-Co-Ni. Il proposa une décomposition du moment de ces éléments et alliages en deux parties, hypothèse depuis lors justifiée par les travaux expérimentaux de

eco UE Co Dos k | | FT SR SCC géo aa D NX — | RS = | i eo !

Q [l ! [ a Ni Moine d CRM ®) | 6 s. | + EUR = | S 3 | | à | o Fe-N | Fe y feshl ss ue EM nite ENTER E 26 | 27 28 Nombre électronique moyen Fig. 11. — Les moments atomiques des alliages binaires du groupe du fer

portés en fonction de leur titre électronique moyen.

P. Taglang (17, 18). D'après cette subdivision le moment total observé serait constitué :

1° d'un moment de base indépendant du point de Curie et constant pour un nombre électronique donné mais variable avec celui-ci; d'après P. Taglang ce moment augmente de 1 magnéton de Bohr par électron solitaire de la couche 34 pour les alliages qui cristallisent dans le réseau du cube à faces centrées ;

> d’un moment supplémentaire assez faible en relation avec la température de Curie (!) et variable suivant la composition de l’alliage malgré la constance du titre électronique moyen.

(‘) Les expériences de P. Taglang ont montré que cette relation est linéaire.

Le moment de base dans cette conception était attribué au spin des électrons 3d, le moment supplémentaire à un moment orbital d’intensité variable suivant la composition des alliages. Cette dernière hypothèse s’appuyait sur les résultats des expériences gyromagnétiques de Barnett. Ces résultats indiquent en effet pour les éléments et alliages du groupe du fer une faible participation variable de moment orbital au moment total dû principalement au spin de l’électron. Si les hypothèses émises par R. Forrer sur la nature de ces moments étaient correctes elles devaient pouvoir être vérifiées par la mesure des facteurs de Landé de deux alliages de même nombre électronique moyen : la différence observée des moments devrait se traduire par une différence correspondante des facteurs de Landé. Nous avons voulu effectuer cette vérification expérimentale.

A cet effet nous avons mesuré les constantes gyromagnétiques des deux alliages extrêmes de deux séries d’alliages de même densité électronique. Les alliages à étudier doivent posséder 81 des écarts de moment assez k 4 importants pour permettre | 4 leur distinction nette par la AP mesure de leurs facteurs de L 4 Landé au cas où ceux-ci F, seraient variables. Les allia- ; ges choisis appartiennent aux séries isoélectroniques de 26,5 et 27 électrons par atome.

$ 21. Alliages de densité électronique 27. — Une 0!

série complète de ces allia- L ges isoélectroniques avec le cobalt a été étudiée par P. Taglang (17). Ces allia- !

ges de composition variable L en Coeten FeNi à 50 0/o at.

cristallisent dansle système 170 Us du cube à faces centrées lorsque leur concentration Fig. 12.— Points de Curie et moments

atomiques de trois séries d’alliages isoélectroniques de titre électronique 27 (d’après P. Taglang).

en Co est inférieure à

900/0o. La figure 12 extraite

du travail de P. Taglang

permet de reconnaître la variation linéaire des moments atomiques

de ces alliages en fonction de leurs points de Curie. Les deux alliages que nous avons étudiés sont le composé FeNi à

5o o/o at. et un alliage ternaire : (FeNi)-Co à 75,5 0/0 at. de Co.

Le moment de ce dernier est de 1,728 y» et est supérieur de 3,3 o/o à celui de FeNi qui est de 1,673 4. Les points de Curie de ces deux alliages se situent respectivement à ggo° G et 527° C. Les tiges à mesurer ont été coulées à partir des alliages à étudier préalablement préparés par fusion sous vide au four à haute fréquence; leurs constituants sont du fer et du nickel du carbonyle et du cobalt électrolytique.

Les résultats des mesures des rapports gyromagnétiques de FeNi et de (FeNi)-Co 73,5 0/0 at. sont rassemblés dans le tableau V. Les valeurs de g, obtenues pour ces deux alliages ne diffèrent que de 1,5 0/0. Cet écart qui est en plus de sens contraire à celui prévu au cas où la différence des moments des deux alliages était due à une variation de g, ne peut donc pas correspondre à celui observé des moments des deux alliages. D'autre part les deux facteurs de Landé trouvés diffèrent individuellement de moins de 1 0/0 de 2,00. Il semble donc qu’il soit permis de poser pour les facteurs de Landé de FeNi et de (FeNi)-Co 73,5 0/0 at. Co : g — 2,00. Les différences des moments atomiques de ces deux alliages ne se traduisent donc pas par des facteurs de Landé différents.

TaBLeau V

Se Ta C ô ] = (3 Too Ton Ts M I — +10 24 l J 0 JE -II ll : Ÿ mc FeNi . . .|2,9:0|2,917/2,912| 393,9 0,1278 6,783| 15,03| 227,0 1,988 1,006 |0,002 Æ 0,4|+ 0,0003 + 0,005 + 0,02 + o,1|+ 0,017 + 0,009

(FeNi)-Co 73,50/0 at. Co.| 2,969] 2,971 | 2,967! 335,1 0,1321 6,353] 13,03| 227,0 2,017 0,992 |0,00/ Æ 0,4|+ 0,0003| + 0,007 + 0,02/+ o,1|+ 0,022|+ o,ort $ 22. Alliages de densité électronique 26,5. — Les deux autres

alliages mesurés sont les deux alliages binaires extrèmes de la série à densité électronique 26,5. Ce sont l’alliage FeCo et le composé Fe;Ni qui cristallisent tous deux à basse température dans le réseau du cube centré. Le moment de FeCo qui est de 2,42 uy (28) dépasse de 14,1 0/0 celui de Fe;Ni qui est de 2,12 px (29). Ces deux alliages ne possèdent pas de points de Curie réels puisqu'ils passent tous deux à haute température à l’état ; non ferromagnétique du cube à faces centrées avant d’avoir perdu leur aimantation spontanée. Cette transformation s'effectue pour FeCo à 98o° C, pour Fe,sNi elle débute à 512° C et s'achève à 568° C; cette dernière transformation est d’ailleurs irréversible puisque revenant de haute température Fe;Ni ne recommence à

se transformer vers l'état « qu'à partir de 108 C et ne se trouve entièrement à cet état qu’à 30° C. Pour avoir ce composé avec certitude entièrement à l’état à il est utile de le maintenir pendant quelque temps à la température de l'air liquide. Les points de Curie virtuels de FeCo et Fe,;Ni s’extrapolent respectivement vers 1 100° C et 700° C. Les tiges mesurées ont été coulées comme les précédentes à partir des alliages à étudier préparés par fusion sous vide de leurs constituants : fer et nickel du carbonyle et cobalt électrolytique.

Les résultats des mesures des rapports gyromagnétiques de FeCo et de Fe;Ni sont rassemblés dans les tableaux VI et VII. Au tableau VI figurent les valeurs détaillées d'une mesure sur FeCo. Les résultats d'ensemble des trois mesures faites se trouvent dans le tableau VII. La valeur de g déduite de ces expériences particulièrement sûres permet d'attribuer à FeCo un facteur de Landé réel 4 — 2,90, les faibles écarts observés entre cette valeur et les valeurs expérimentales sont insignifiants.

TaBzeau VI

Te ô . = e Too | Tm ô M I 102 2À l q — 1-11] T me FeCo. .|2,879| 2,877| 2,881 369,0 0,1242 6,651 14,46 227,0 2,007 0,997|10,002 + 0,3|+ 0,0003| Æ 0,008|+ 0,02| + 0,1|Æ 0,017|+ 0,009 FesNi. .12,815|2,802| 2,811] 58,11 0,1187 3,499 4,42 227,0 2,070 0,966 |0,023 Æ 0,16|+ 0,0002| + 0,007 Æ 0,02|+ 0,1|+ 0,072! + 0,036

Tagzeau VII

Nombre ——— e

de mesures | T— I |max. Hi) g Fe FeCo . 3 o,o11 0,006 1,998 1,001 == 0015 210,007

Les résultats de la mesure du rapport gyromagnétique de Fe,Ni se trouvent dans le tableau VI. La mesure de ce composé présente une certaine difficulté due à sa dureté magnétique déjà appréciable. Celle-ci est donnée d’après Peschard (29) par un coefficient de dureté a—= 29 à 160 C, alors que pour le fer le même coefficient est de 6,5 à la même température. Cette différence de dureté est suffisante pour

donner à la tige de Fe,Ni un moment horizontal plusieurs fois plus grand que celui d’une tige de fer. Pour la même raison la tige possède dans les champs faibles disponibles un moment magnétique assez petit ; il faut donc réduire le décrément logarithmique du système oscillant pour lui assurer une amplitude de résonance acceptable. La mesure a été faite sous une pression réduite à environ 1/10 de millimètre de mercure. L'erreur commise, au cours de cette mesure, comparée à celles de nos autres expériences, est élevée. Elle se traduit par l'importance du terme | I—II |. Les difficultés que présente la mesure sur cette substance sont un exemple de celles qui rendent la mesure de l'effet gyromagnétique du cobalt impossible ; la dureté magnétique de celui-ci dépasse largement celle de Fe;Ni. Le facteur de Landé mesuré de Fe;Ni est donc entaché d’une erreur assez importante. Par suite une valeur réelle 4 — 2,00 est compatible avec les résultats de l’expérience. Cette opinion est appuyée par les conclusions auxquelles nous ont conduit les mesures effectuées sur le composé FeNi et son alliage isoélectronique. De toute façon l'écart de 3,5 o/o qui sépare les deux valeurs de g trouvées pour les alliages de la deuxième série est insuffisant pour permettre une interprétation de la différence de 14,1 0/0 des moments atomiques des deux alliages considérés.

Nous admettons donc aussi pour FeCo et Fe,Ni q — 2,00.