France. Ministère de l'éducation nationale

“ D'autre part le contact thermique par l'hélium liquide (le seul liquide existant à ces températures) et le contact direct entre solides sont possibles et praticables.
Discutons tout d'abord le cas du contact direct. On peut distinguer deux catégories selon que le contact est d'une nature permanente ou bien d'une nature intermittente comme par exemple au cas où après refroidissement d'un corps à la basse température on veut rompre le contact thermique entre celui-ci et le sel paramagnétique. ”

“ Ce simple résultat montre que le moment magnétique du sel « chaud » peut, aux températures plus élevées, être pris comme une réelle mesure de la chaleur transférée. Mais aux températures les plus basses, où la chaleur spécifique n'est pas proportionnelle à T-2, le moment magnétique de l'échantillon dépend énormément de la répartition de la température. Si une quantité de chaleur Q afflue dans une masse de sel se trouvant à l'origine à T0* près du maximum de l'anomalie de la chaleur spécifique, et est distribuée uniformément, la température s'élève à T1*, par exemple. ”

“ Le temps ne me permet pas de donner plus d'exemples de la grande influence du champ cristallin sur les phénomènes magnétiques, phénomènes qui sont seulement devenues compréhensibles en se servant de basses températures. ”

“ La technique expérimentale ressemble aux expériences de relaxation de Casimir et du Pré (2) aux températures de l'hélium liquide auxquelles les variations de susceptibilité avec la fréquence et le champ constant ont été observées. La susceptibilité à basse fréquence correspond à la situation dans laquelle la température du système de spin de l'électron est toujours constante, c'est-à-dire, la susceptibilité isotherme. Aux très hautes fréquences, on mesure les susceptibilités adiabatiques, les spins étant complètement isolés du réseau. ”

“ Le problème du contact thermique se pose quand on veut refroidir un corps autre que le sel paramagnétique pour en mesurer les propriétés. Il existe en général quatre méthodes pour l'établissement du contact thermique : par rayonnement, par l'intermédiaire d'un gaz, par l'intermédiaire d'un liquide et enfin par contact direct entre solides. ”

“ Tout sel paramagnétique possède une anomalie de chaleur spécifique dans la région thermique que l'on peut atteindre par démagnétisation, de sorte qu'une masse donnée est capable potentiellement de refroidir une masse beaucoup plus grande d'une autre substance, par exemple un métal, qui ne présente pas une telle anomalie. Mais la difficulté pratique est d'établir un contact thermique entre le sel et le corps à refroidir. ”

“ De même la largeur de la bande dans l'hydrogène gazeux diminue quand la pression augmente. Et la bande de résonance de l'hydrogène dans le sulfate de cuivre hydraté, substance connue pour l'échange entre les ions cuivriques est très étroite quoique les champs internes instantanés soient de l'ordre de 100 œrstedts.
Il me semble que, pour orienter les noyaux d'un ion paramagnétique on peut essayer une méthode plus simple et effective que celle
qui nécessite un champ extérieur de l'ordre de 50 000 œrstedts et un contact réglable thermique à une température de dix millidegrés. ”

“ En augmentant l'amplitude du champ alternatif on peut souvent échauffer le système des spins nucléaires jusqu'à une température qui est beaucoup plus haute que la température ambiante et de cette manière on peut déterminer la constante de relaxation des noyaux qui peut varier de 10—4 seconde jusqu'à une heure. Les constantes de relaxation des spins d'hydrogène dans les liquides sont généralement courtes et elles sont déterminées par les mouvements irréguliers des noyaux d'hydrogène voisins. ”

“ Au phénomène se trouve associée non pas une chaleur latente, mais une anomalie de la chaleur spécifique, le passage de l'état antiferromagnétique à l'état paramagnétique constituant une transformation du second genre, du type ordre-désordre.
Bien que les électrons soient tous appariés au zéro absolu, la susceptibilité moyenne initiale de la substance dans les champs faibles ne s'annule pas au zéro absolu. Cela tient, comme l'a montré Van Vleck
à ce que le champ magnétique, quand il est dirigé perpendiculairement à la direction d'antiferromagnétisme, perturbe le nouvel état électronique ”

“ Inversement, une désaimantation adiabatique d'un paramagnétique parfait doit produire un abaissement de température.
On peut encore exprimer ces raisonnements de Langevin sous une forme un peu différente : en l'absence de champ les moments magnétiques moléculaires sont orientés uniformément dans toutes les directions de l'espace, ce qui correspond au désordre parfait, à l'entropie maximum. Un champ magnétique produit une légère orientation commune de ces moments moléculaires : il introduit donc un certain ordre d'orientation parmi les molécules du corps. ”

“ M. GORTER estime que les phénomènes trouvés par M. BIZETTE sont très semblables à ceux que l'on trouve aux températures de désaimantation sur les aluns. Ils sont en effet caractérisés par l'apparition brusque à une température déterminée d'un maximum aigu de chaleur spécifique, d'un maximum de susceptibilité et parfois aussi d'hystérésis et de rémanence. Les interactions d'échange sont la cause de tels phénomènes. ”

“ La largeur des bandes de résonance magnétique, enfin, donne des informations sur les interactions entre les spins eux-mêmes. On a trouvé que souvent la bande dans les substances paramagnétiques est beaucoup plus étroite qu'on ne le prévoyait. C'était surtout le cas dans les substances dans lesquelles une échange considérable existe entre les spins. Le rétrécissement par échange se produit quand l'échange est beaucoup plus rapide que la précession du spin dans le champ magnétique constant. Le spin individuel ne sent alors qu'un champ magnétique moyen. ”

“ La largeur de la résonance devrait provenir de l'interaction magnétique entre les ions réduite par l'effet de l'échange. Un simple calcul basé sur l'idée du champ magnétique interne indique une résonance large d'environ 0,04 cm—1, tandis que l'on n'observe qu'une largeur de 0,0025 cm—1. Cette énorme réduction provient de la rapidité de fluctuation du champ interne due à l'échange très rapide ; la fluctuation est si rapide que l'effet d'élargissement de la résonance est fortement réduit. ”

“ Les paramagnétiques parfaits ont des propriétés tout à fait analogues : le travail d'aimantation est entièrement dépensé contre l'énergie cinétique de rotation des molécules et se retrouve par conséquent sous forme de chaleur. ”

“ Quand la température est assez basse le plus bas de ces niveaux est seul occupé, lequel comme nous venons de voir peut être simple ou double quand la symétrie du champ cristallin n'est pas trop grande. Or la nature a favorisé les atomes avec un nombre pair d'électrons et parce qu'on fait beaucoup de mesures avec les ions trivalents des terres rares on a pris en général des ions avec un nombre impair d'électrons et en conséquence ceux-ci ont été mieux étudiés que les autres. ”

“ De ce qui précède, il résulte qu'au-dessous de Tλ, à température suffisamment basse, un cristal de sidérose d'Allevard, placé dans un champ magnétique uniforme, tend à placer son axe normalement au champ, puisque lorsque T tend vers zéro XII tend vers zéro et vers une valeur finie. A la température ordinaire, il tend au contraire (c'est un fait d'expérience) à le placer parallèlement au champ. Il se produira donc à basse température un changement de signe dans la valeur algébrique C du couple qui agit sur le cristal, supposé placé de telle sorte que son axe optique soit à 45° du champ. ”

“ En calculant la susceptibilité de la formule il est souvent convenable de développer en série l'expression mentionnée suivant les puissances
négatives de T :
L'expérience montre que la valeur C2, différant de zéro en général pour une seule direction dans le cristal devient nul pour une poudre. Quand le dédoublement dans le champ cristallin n'est que petit par rapport à kT les valeurs de C3, etc. sont souvent assez petites ; on semble alors trouver la loi de Curie, et les ions dans le sel se comportent comme libres. ”

“ En 1929 d'autre part, dans un mémoire théorique important, Bethe a pu expliquer, en tout cas qualitativement, l'influence des champs cristallins sur la dégénérescence des états énergétiques. Le dédoublement des niveaux énergétiques dégénérés des ions libres quand ils sont placés dans un champ cristallin dépend des nombres quantiques de ces niveaux et de la symétrie du champ. ”

“ La différence entre la température d'équilibre du métal et celle du sel dépend de la quantité de chaleur produite dans le métal par les courants de Foucault dus au champ alternatif. Bien que cette chaleur soit nulle dans l'état supraconducteur, elle devient importante dès que le métal entre dans l'état intermédiaire. En pratique, la puissance peut être aisément maintenue au-dessous de 10—2 ergs./sec. même avec un métal normal ; cela veut dire que les différences peuvent
être abaissées jusqu'à l'ordre de quelques millièmes de degré. ”

“ La solution de cette équation demande habituellement l'emploi de l'analyseur différentiel ; connaissant la distribution de température à tout moment, on peut calculer la vitesse du flux de chaleur dans l'échantillon. Toutefois, dans la pratique, on a besoin de discuter seulement la vitesse du flux de chaleur dans le sel « froid » puisque, excepté très près de l'équilibre, la conductivité du sel « chaud » est beaucoup plus grande. ”

“ Comme contribution préliminaire à la technique expérimentale, il a été décidé de tenir compte que l'entropie déplacée dans un processus à deux étages était, en effet, plus élevée que celle enlevée par une simple démagnétisation en utilisant le même champ magnétique. Afin de
maintenir le nombre des facteurs inconnus aussi petit que possible, il a été décidé d 'employer un sel paramagnétique pour le deuxième étage. ”

“ Pour ces corps, l'aimantation est une fonction univoque du rapport H/T du champ magnétique à la température absolue, fonction dont Langevin a pu déterminer la forme en théorie classique.
Dans un gaz parfait, l'énergie interne est indépendante du volume, le travail isotherme compense exactement la chaleur reçue par le corps et le travail adiabatique est emprunté entièrement à l'énergie cinétique de translation des molécules, d'où la loi simple du refroidissement par détente adiabatique. ”

“ C* = ∂ν/∂T* obtenue par les rayons y et l'hystérésis de chauffage, et le rapport entre l'entropie et T*. La température absolue et la chaleur spécifique peuvent être déterminées à partir de n'importe quel couple de ces paramètres ; ce n'est que lorsque tous les trois paramètres conduisent aux résultats concordants que la situation peut être considérée comme satisfaisante.
Je présenterai dans cette Conférence quelques résultats avec l'alun de chrome et avec le sulfate double de cuivre et de potassium. ”