Par David Weedmark Mis à jour le 24 mars 2022
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Le magnétisme, comme l’électricité, provient en fin de compte des électrons, des particules chargées négativement en orbite autour du noyau d’un atome. Chaque électron est porteur d’un minuscule champ magnétique, appelé moment magnétique, résultant de son spin intrinsèque et de son mouvement orbital. Lorsqu'un champ magnétique est appliqué, ces moments peuvent interagir et s'aligner, donnant lieu à des effets magnétiques observables.
Alors que les atomes individuels peuvent posséder des moments magnétiques, un matériau dans son ensemble ne présente un magnétisme que lorsqu'un nombre substantiel de ces moments coopèrent. Deux conditions clés doivent être remplies :
1. Électrons non appariés :dans de nombreux métaux, les électrons s'apparient de sorte que leurs moments magnétiques s'annulent. Si tous les électrons sont appariés, l’effet magnétique net est négligeable, un peu comme une ligne de locomotives dont la moitié est tournée vers le nord et l’autre vers le sud. Le fer, cependant, contient un grand nombre d'électrons d non appariés, laissant place aux interactions magnétiques.
2. Alignement cohérent :même avec des électrons non appariés, le matériau doit permettre à de nombreux moments de pointer dans la même direction. Lorsqu’un nombre suffisant de moments sont parallèles – comme une flotte de locomotives se dirigeant toutes vers le nord – le matériau peut interagir fortement avec un champ magnétique externe. Ce comportement collectif est ce qui définit une substance ferromagnétique.
Le fer, le nickel et le cobalt sont les éléments ferromagnétiques classiques, facilement magnétisés et attirés par les aimants. D'autres matériaux, comme le manganèse, possèdent des électrons non appariés mais ne parviennent pas à atteindre l'alignement coopératif nécessaire, ils restent donc non magnétiques.
Le ferromagnétisme est un phénomène bien étudié en physique et en science des matériaux. Des recherches publiées dans le Journal of Applied Physics et d'autres sources évaluées par des pairs confirment le rôle essentiel des interactions de spin et d'échange électroniques dans la création de propriétés magnétiques macroscopiques.