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• Lignes de champ

Interaction d'échange

L'échange ou l'échange d'énergie en dit long sur la quantité d'énergie contenue dans un atome et joue un rôle majeur dans la description du ferromagnétisme. Littéralement, il ne s'agit pas d'une force qui est normalement transmise par le biais d'une interaction. Au contraire, l'interaction d'échange décrit un effet de la mécanique quantique qui a des effets similaires. Parce que l'interaction d'échange au sein de l'ordre magnétique concerne la probabilité de résidence des électrons, elle est souvent associée au principe de Pauli, mais cela ne lui est pas nécessairement associé.

Qu'entend-on par interaction d'échange?

Dans un système physique (objet physique pouvant être défini de manière définie à partir de son environnement, tel qu'un atome), plusieurs particules ont un état de mécanique quantique.

Selon le principe de Pauli, deux fermions, c'est-à-dire des particules de matière telles que des électrons ou des neutrinos, etc., ne peuvent jamais assumer le même état quantique. La fonction d'onde mécanique quantique peut être utilisée pour indiquer où les particules sont susceptibles d'être localisées (composante locale) et comment leurs moments magnétiques, c'est-à-dire leurs spins, sont liés les uns aux autres (composante de spin). Ainsi, la fonction d'onde doit toujours être antisymétrique, i. avec composante locale symétrique et composante de spin antisymétrique ou inversement. Cette distinction sans équivoque s’appelle l’interaction d’échange en physique.

Si les atomes d’un solide occupent une distance plus grande les uns des autres, la distribution spatiale des électrons peut être plus favorable en termes d’énergie, ce qui entraîne un changement de symétrie de la fonction d’onde spatiale. En conséquence logique, la fonction d'onde de spin passe alors d'un alignement antisymétrique (antiferromagnétique) à un alignement symétrique (ferromagnétique).

Interaction d'échange et ferromagnétisme

L’interaction d’échange est responsable de l’émergence du ferromagnétisme. Les spins d'électrons, c'est-à-dire les aimants élémentaires, ont des moments magnétiques qui s'alignent sur un champ magnétique externe. Lorsque des spins d’électrons non appariés sont présents dans un solide, nous magnétisons tout le matériau, car il existe une position parallèle des moments magnétiques de tous les atomes. Mais ici, il existe des différences entre les paramagnétiques et les ferromagnétiques.

• Paramagnets: L’interaction d’échange direct entre les spins des électrons est inférieure à l’énergie thermique des électrons impliqués. Cela signifie que les spins des électrons ne restent pas alignés et que la magnétisation disparaît après la suppression du champ magnétique externe.

• Ferromagnétiques: L’interaction d’échange dans les ferromagnétiques est nettement supérieure à l’énergie thermique. Par conséquent, la magnétisation est conservée même après extinction du champ magnétique externe. L'aimantation n'est perdue que par un chauffage supérieur à la température de Curie ou par des chocs plus violents. L'aimantation des ferromagnétiques ne se produit pas par hasard. Les spins des électrons s’alignent plutôt dans des zones spéciales, les zones blanches, parallèles les unes aux autres.