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Etude approfondie sur l'étude des matériaux magnétiques

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Publié le mercredi 06 mars 2019

Dans une étude détaillée, des physiciens de l’université du Luxembourg et d’autres chercheurs ont expliqué pour la première fois comment différents matériaux magnétiques peuvent être analysés au moyen de la diffusion de neutrons.

Ils ont récemment publié leurs résultats dans la célèbre revue scientifique « Reviews of Modern Physics » de l’American Physical Society.

Des ordinateurs aux éoliennes en passant par les hauts-parleurs et les véhicules électriques, la plupart des appareils électroniques renferment des matériaux magnétiques. Pour améliorer ces technologies, il est nécessaire de comprendre pourquoi les matériaux magnétiques possèdent certaines propriétés. « L’échelle mésoscopique est déterminante pour les propriétés de nombreux matériaux. Il s’agit du domaine intermédiaire entre l’échelle microscopique et l’échelle macroscopique. Les éléments de la microstructure d’un matériau, comme les joints intergranulaires des cristaux, ont une très grande influence sur les propriétés thermiques, électriques, magnétiques et mécaniques d’un métal » explique Andreas Michels, Associate Professor in Physics and Materials à l’université du Luxembourg et l’un des auteurs de l’article.

Technique de la diffusion neutronique

Pour comprendre les processus à ce niveau, la diffusion de neutrons est sans doute la technique la plus pertinente. « La technique de la diffusion neutronique permet de voir à l’intérieur de ces matériaux, comme la radiographie le permet avec d’autres matériaux », explique Michels. Pour y parvenir, les chercheurs bombardent d’abord un échantillon de matériau avec un rayonnement neutronique. Du fait des interactions magnétiques avec l’échantillon, les neutrons sont déviés de leur trajectoire normale. Cette diffusion est détectée par un capteur. À l’aide de modèles théoriques, les chercheurs peuvent alors déduire la microstructure du matériau étudié à partir du motif de la diffusion.

L’article de la revue (écrit en collaboration avec des chercheurs de l’université technique de Munich, de l’université de Notre-Dame, de l’université du Minnesota, de l’institut Laue-Langevin et du Helmholtz-Zentrum Geesthacht) s’attache plus particulièrement à la technique d’analyse. « Pour la première fois, nous avons examiné entièrement les grandes classes de matériaux qu’il est possible d’analyser grâce à la diffusion de neutrons », explique Michels. « Nous nous intéressons entre autres aux supraconducteurs, aux aimants permanents, aux alliages à mémoire de forme, aux ferrofluides, c’est-à-dire à presque tout le spectre de matériaux magnétiques, que ce soit pour des applications pratiques ou pour la recherche fondamentale en physique des solides. »

Les résultats de ces travaux peuvent être exploités par les physiciens et les chercheurs spécialistes des matériaux désireux d’avoir un aperçu du spectre des applications possibles de la diffusion de neutrons, mais également par les ingénieurs souhaitant prévoir la résilience, l’usure et les propriétés de certains matériaux dans des conditions changeantes.

Photo © Didier Hatz