Un alliage à trois visages express
Une barre métallique chauffée devient soudainement rigide et perd ou gagne des propriétés magnétiques. Dans les alliages à base de nickel et de manganèse, ces transformations ne se produisent pas progressivement mais par sauts : les atomes se réorganisent dans un nouvel ordre et le matériau change de comportement. Dans cette étude, quatre compositions très proches de Ni-Mn-Cu-Ga ont été examinées, où la proportion de cuivre ne variait que de quelques fractions de pour cent. Cela a suffi pour obtenir trois scénarios différents : dans un cas, le magnétisme disparaissait d'abord puis le réseau changeait ; dans un autre, l'inverse ; et dans le troisième, les deux événements se produisaient simultanément.
L'astuce principale est une nouvelle analyse thermodynamique. Habituellement, la température de transition magnétique (point de Curie) et la température de réorganisation du réseau sont mesurées séparément, mais ici elles s'influencent mutuellement. Les auteurs ont pris en compte la manière dont le changement de structure cristalline modifie la force d'interaction entre les spins des électrons — ce paramètre d'échange qui détermine si un matériau est magnétique. Il s'avère que pour un même alliage, le point de Curie dans la phase haute température (austénite) et dans la phase basse température (martensite) diffère de plus de 50 degrés. Un même morceau de métal a deux « caractères magnétiques » différents selon la façon dont ses atomes sont arrangés.
L'utilité pratique de la méthode est qu'elle permet d'extraire les températures de transition cachées à partir de mesures standard de l'aimantation. Auparavant, cela nécessitait des expériences complexes ; désormais, il suffit de suivre l'évolution de la réponse magnétique lors du chauffage et d'appliquer le nouveau calcul. C'est important pour le réglage fin des alliages ferromagnétiques à mémoire de forme — des matériaux qui peuvent se plier et revenir à leur forme initiale sous l'effet d'un champ magnétique. Ils sont utilisés dans les micro-actionneurs, les capteurs et même les instruments médicaux, où des mouvements silencieux sans moteur sont nécessaires.
Les alliages Ni-Mn-Ga peuvent s'allonger de 10% sous l'effet d'un champ magnétique — c'est une déformation géante pour un solide, comparable à l'étirement d'un élastique, mais ils restent aussi résistants que l'acier.