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Premières mesures d'aimantation au-delà de 100 T

Le générateur MégaGauss du LNCMI Toulouse peut générer les champs magnétiques les plus intenses en Europe en vue d'applications scientifiques, bien qu'il implique inévitablement la destruction de la bobine mono spire (BMS). Mais qu’est-ce que cela signifie…

 

Jusqu'à présent, ce dispositif a été surtout utilisé pour des expériences d'optique dans le domaine visible et moyen infrarouge en raison de la rapidité de balayage du champ (~ 6 µs).

 

Pour ce qui concerne les mesures d'aimantation les champs MégaGauss présentent quelques difficultés :      

- le champ magnétique est généré sur une échelle de temps de quelques microsecondes qui induisent de très fortes tensions induites même dans une boucle de courant minuscule.

- la BMS, dont les dimensions sont typiquement de 10 à 15 mm de diamètre et 10 à 15 mm de longueur, ne permettent pas une bonne homogénéité spatiale du champ magnétique,

- l'homogénéité spatiale présente une évolution temporelle compliquée du fait de la destruction de la BMS durant le tir.

 

Pour surmonter ces difficultés, et pour effectuer des mesures d'aimantation précises au-delà de 100 T, l'équipe « MégaGauss » du LNCMI Toulouse a développé un système original adapté à la rapidité du balayage en champ, basé sur une sonde inductive et une paire unique de bobines « pick-up » munie d'un système d'auto-compensation qui permet de détecter précisément la variation de l'aimantation dM/dt. Chaque bobine pick-up de 20 spires est enroulée autour d'un tube de Kapton® d'un diamètre extérieur de 1,25 mm. L'échantillon est inséré dans l'un des tubes de Kapton® de diamètre intérieur de 1,15 mm, pour la première mesure.

 

Afin d'éliminer les signaux parasites provenant de l'inhomogénéité du champ magnétique, une seconde mesure est effectuée pour laquelle l'échantillon est transféré dans le second tube de Kapton®. La soustraction des deux signaux obtenus annihile le signal parasite et donne le pur signal relatif à dM/dt. Pour des mesures à basse température (jusqu'à 4,2 K), ce système est utilisable avec le cryostat à flux d'hélium récemment développé pour le système expérimental MégaGauss.

 

Ce nouvel équipement a été validé à 4,2 K sur l'oxyde spinelle de chrome CdCr2O4, déjà bien étudié. Après deux mesures comme décrit ci-dessus, la variation de l'aimantation dM/dt et l'aimantation M sont obtenues comme indiqué sur la figure ci-contre :

variation de l'aimantation dM/dt (rouge) et aimantation M (bleu) de CdCr2O4 en fonction du champ magnétique, à 4,2 K.

 

 

Aujourd'hui, le LNCMI a développé le dispositif de mesure d'aimantation jusqu'à 150 T et augmenté sa sensibilité de façon à détecter de faibles variations d'aimantation, par exemple, pour des systèmes quantiques présentant un spin S=1/2.

 

 

Contacts : A. Miyata, atsuhiko.miyata @ lncmi.cnrs.fr - O. Portugall oliver.portugall @ lncmi.cnrs.fr - O. Drachenko oleksiy.drachenko @ lncmi.cnrs.fr