Le traînage de diffusion provient des modifications de la structure du réseau cristallin, et notamment de sa symétrie, accompagnant les changements d’orientation de l’aimantation spontanée. En effet, quand cela est possible, les atomes et les électrons tendent à changer de place pour donner au réseau cristallin une symétrie secondaire, uniaxiale par rapport à la direction de l’aimantation spontanée J_s. Cette symétrie uniaxiale se superpose à la structure primaire du réseau, telle qu’elle existe au-dessus du point de Curie.

Pour se déplacer, les atomes ou les électrons doivent franchir des barrières de potentiel, de hauteur W. La mise en équilibre se fait avec une certaine constante de temps τ, qui varie avec la température T comme exp. (W/kT), c’est-à-dire très rapidement. Ainsi les effets de traînage n’apparaissent que dans une région étroite de température, dite bande de traînage, centrée autour d’une certaine température θ_D, telle que la constante de temps τ correspondante soit de l’ordre de grandeur de la durée d’une expérience de laboratoire. Si la température est nettement supérieure à θ_D, les réajustements de symétrie qui accompagnent la rotation de J_s sont si rapides qu’ils sont inobservables. Au contraire, si la température est nettement inférieure à θ_D, le réseau cristallin reste figé et ne subit pas de modification quand l’orientation de J_s change.

Les énergies magnétocristallines associées aux symétries secondaires uniaxiales ne dépassent guère une centaine d’ergs par centimètre cube. Elles ne jouent donc qu’un rôle mineur lorsque la structure primaire est uniaxiale, comme dans le cobalt, où l’énergie d’anisotropie primaire dépasse 10⁶ ergs/cm³. Par contre, elles jouent un rôle important dans les structures cubiques, en privilégiant, parmi tous les axes possibles de facile aimantation initialement équivalents, celui au voisinage duquel l’aimantation spontanée vient de séjourner pendant une durée suffisante.

Les effets du traînage de diffusion sont trop complexes et trop variés pour être décrits en quelques lignes. En gros, ils diminuent la susceptibilité réversible à l’intérieur de la bande de traînage, et souvent d’une manière spectaculaire. De même, l’angle de perte δ passe par un maximum accentué à l’intérieur de la bande de traînage.

Au traînage de diffusion se rattachent étroitement la notion d’ordre directionnel ainsi que les phénomènes d’orientation magnétique. Quand, dans un champ magnétique, on refroidit un échantillon présentant du traînage de diffusion, une structure secondaire uniaxiale se développe lorsque la température traverse la bande de traînage. Cette structure se conserve ensuite aussi longtemps que la température reste inférieure à θ_D. On peut ainsi créer dans une structure cubique une direction de facile aimantation, parallèle au champ magnétique utilisé dans le traitement thermique.

Des mécanismes très variés donnent naissance au traînage de diffusion. Donnons quelques exemples.

Le carbone est faiblement soluble dans le fer, dont la maille cristalline est un cube centré. Les atomes de carbone viennent se placer au milieu d’une arête du cube. Comme l’énergie du système dépend de l’angle ψ que fait cette arête avec l’aimantation spontanée, il en résulte que les probabilités d’occupation dépendent de ψ avec, à l’équilibre, une répartition des atomes de carbone de symétrie uniaxiale. La température θ_D est voisine de la température ambiante.

Soit, dans une solution solide entre deux espèces A et B d’atomes, la droite, ou liaison, joignant deux atomes A et B voisins. L’énergie du système dépend de l’angle ψ de la liaison avec la direction de l’aimantation spontanée. La probabilité d’une liaison d’être de type A-A, A-B ou B-B dépend donc de ψ : d’où anisotropie. La température θ_D correspondante est alors de l’ordre de 600 à 800 K.

Dans les ferrites spinelles tels que la magnétite Fe₃O₄, des ions ferreux et ferriques coexistent, mais peuvent intervertir leur valence par de simples déplacements d’électrons. Des phénomènes analogues aux précédents apparaissent : mais la température θ_D n’est plus que de l’ordre de 100 K, car les électrons sont bien plus mobiles que les atomes.

D’une façon plus générale, les défauts ponctuels, lacunes ou interstitiels, notamment dans les solutions solides, peuvent donner naissance à du traînage de diffusion. Il en est de même pour les défauts plus étendus, bilacunes, dislocations, etc., leur étude, cependant, est beaucoup moins avancée.

L. N.