Issue
J. Phys. Radium
Volume 12, Number 3, mars 1951
Page(s) 172 - 188
DOI https://doi.org/10.1051/jphysrad:01951001203017200
J. Phys. Radium 12, 172-188 (1951)
DOI: 10.1051/jphysrad:01951001203017200

Propriétés magnétiques de l'oxyde ferrique rhomboédrique (Fe2O3α)

Raymond Chevallier

Faculté des Sciences de Nancy


Résumé
Les propriétés magnétiques essentielles de Fe2O3α peuvent se résumer comme il suit : elles sont la superposition d'un paramagnétisme de base variant avec la température suivant la loi de K. Endo, [FORMULE] et d'un ferromagnétisme d'intensité variable, qui disparaît à θ = 675° C. En ce même point θ, se produisent simultanément des discontinuités du coefficient de dilatation et de la chaleur spécifique. Cette température est donc un point de transition d'une transformation de second ordre. Au-dessus de θ l'oxyde est paramagnétique pur; au-dessous paramagnétisme et ferromagnétisme sont superposés. Précisons leur caractère. Dans les champs très élevés, où l'aimantation est réversible, la superposition s'exprime par la loi simple [FORMULE] où σ0 est l'aimantation spontanée ferromagnétique et χH la contribution du paramagnétisme de Endo. L'aimantation spontanée dépend de la préparation et de l'histoire de l'oxyde; elle ne dépasse jamais I U. E. M. On sait, par exemple, préparer des oxydes de ferromagnétisme inappréciable à la température ordinaire (σ0 = o) et qui sont purement paramagnétiques de coefficient voisin de 20. 10-6. Mais tous deviennent ferromagnétiques par recuit à haute température et leur paramagnétisme pur est exceptionnel. Pour les oxydes courants soumis à des champs moyens, l'aimantation comporte une partie irréversible ; les trajets d'aller et retour ne sont plus superposés; l'hystérèse peut être considérable et le champ coercitif atteint parfois 3 000 gauss. Pourtant, le paramagnétisme de Endo continue à se manifester par la valeur du coefficient d'aimantation réversible dans les champs supérieurs à quelques milliers de gauss. Ce coefficient est, en effet, constant et indépendant de l'origine et de l'histoire de l'échantillon. Sa valeur χ = 20.10 -6 est identique à la susceptibilité paramagnétique, parce que la susceptibilité réversible ferromagnétique tend vers zéro dans les champs de cet ordre. Les propriétés magnétiques des monocristaux de Fe2O3α apportent quelques données nouvelles. Ils sont rhomboédriques, paramagnétiques suivant l'axe ternaire, isotropes et ferromagnétiques dans le plan normal à cet axe. On retrouve comme coefficient du paramagnétisme suivant l'axe, la valeur habituelle χ = 20.10-6 et normalement à l'axe la loi (2) avec une aimantation spontanée de l'ordre de o,5 U. E. M. Si l'on pulvérise l'un de ces cristaux et qu'on fractionne les grains de façon à grouper ensemble les éléments monocristallins de même taille (diamètre d), on constate que les propriétés d'une poudre dépendent de d. La loi d'aimantation dans les champs forts reste la loi (2) avec χ = 20.10-6, mais l'aimantation spontanée de l'ordre de 0,4 pour les gros grains, commence à diminuer rapidement autour de d = 100 μ pour devenir insensible autour de d = 1 μ. Il paraît difficile d'échapper à la conclusion que le ferromagnétisme ne se manifeste dans le plan normal à l'axe que si les dimensions du cristal dans ce plan sont suffisantes. Un cristal de 1 μ environ dans toutes les directions serait isotrope et présenterait le paramagnétisme de base à l'état pur. Ces propriétés très nettes des poudres de monocristaux n'ont pas encore permis d'interpréter les caractères si variables du ferromagnétisme des poudres de Fe2O3α d'origine chimique. Une dernière question se pose : devons-nous attribuer le paramagnétisme de base à Fe2O 3α et le ferromagnétisme superposé, qui reste toujours faible, à une impureté étrangère comme la magnétite rhomboédrique de L. Néel; ou bien devons-nous admettre que l'oxyde de composition stoechiométrique Fe2O3 présenterait déjà un ferromagnétisme spécifique ? Il est difficile d'être catégorique sur ce point. Mais il nous semble que les faits présentés dans cette étude sont plus favorables à la seconde hypothèse. Le déficit ou l'excès d'oxygène dans le réseau de Fe2O3 peuvent modifier profondément son ferromagnétisme, mais ce ferromagnétisme même préexiste à la modification du réseau.

PACS
7550B - Fe and its alloys.
7520 - Diamagnetism, paramagnetism, and superparamagnetism.

Key words
ferromagnetism -- iron compounds -- ferromagnetic materials -- paramagnetism -- particle size