Superparamagnétisme - Définition

Grains superparamagnétiques en présence d’un champ magnétique

L’application d’un champ magnétique extérieur tend à faire s’aligner les grains superparamagnétiques le long de ce champ. Dans le cas d’une assemblée de N grains identiques ayant des axes d’anisotropie orientés aléatoirement dans l’espace, le cycle d’hystérésis des grains est une fonction de Langevin : , avec . µ est le moment magnétique porté par chaque particule et μ₀H le champ magnétique. La pente initiale de la fonction M(H) est la susceptibilité magnétique χ des grains : . On peut constater d’après cette expression que les grains les plus gros, portant donc un large µ, ont une susceptibilité plus forte. Ceci explique pourquoi les grains superparamagnétiques ont une susceptibilité plus forte que les matériaux paramagnétiques standard : ils se comportent exactement comme des moments paramagnétiques géants.

Applications impliquant le superparamagnétisme

Stockage d'information

Le domaine dans lequel le superparamagnétisme a les plus fortes implications technologiques est celui de l'enregistrement magnétique. Dans les disques durs actuels, chaque bit est stocké dans un ensemble de grains ferromagnétiques (bit 1 = aimantation dans un sens, bit 0 = aimantation dans l'autre sens). Si les grains ont un temps de relaxation de Néel trop faible, l'information s'efface d'elle même au bout d'un certain temps. Les fabricants de disques durs actuels considèrent que le temps de relaxation de Néel des grains des disques surs doit être supérieur à 10 ans. Compte tenu de l'allure de l'équation du temps de relaxation de Néel, et compte tenu du fait que les fabricants cherchent à densifier au maximum l'information (et donc à diminuer le volume V des grains), on voit qu'il ne reste plus qu'une seule alternative pour continuer à densifier l'information : augmenter K l'anisotropie magnétique des grains. C'est un des challenges constants de la recherche et développement dans ce domaine.

Ferrofluides

Des grains ou nanoparticules superparamagnétiques dans un solvant constituent un ferrofluide, liquide magnétique qui a de nombreuses applications industrielles, biomédicales, et ludiques.