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    Film multicouche ultra-fin pour le stockage et le traitement de données de nouvelle génération

    Professeur agrégé Yang Hyunsoo (à gauche) et Dr Shawn Pollard (à droite), qui sont du département de génie électrique et informatique de la faculté de génie NUS, sont des membres clés d'une équipe de recherche qui a inventé un nouveau film multicouche ultra-mince qui pourrait exploiter les propriétés des skyrmions en tant que supports d'information pour le stockage et le traitement des données sur des supports magnétiques. Crédit :Siew Shawn Yohanes

    Une équipe de scientifiques dirigée par le professeur agrégé Yang Hyunsoo du département de génie électrique et informatique de la faculté d'ingénierie de l'Université nationale de Singapour (NUS) a inventé un nouveau film multicouche ultra-mince qui pourrait exploiter les propriétés de minuscules tourbillons magnétiques, connu sous le nom de skyrmions, comme supports d'information pour le stockage et le traitement de données sur des supports magnétiques.

    Le film mince de taille nanométrique, qui a été développé en collaboration avec des chercheurs du Brookhaven National Laboratory, Université Stony Brook, et l'Université d'État de Louisiane, est une étape critique vers la conception de périphériques de stockage de données qui utilisent moins d'énergie et fonctionnent plus rapidement que les technologies de mémoire existantes. L'invention a été rapportée dans une prestigieuse revue scientifique Communication Nature le 10 mars 2017.

    De minuscules tourbillons magnétiques avec un potentiel énorme en tant que supports d'informations

    La transformation numérique a entraîné des demandes toujours croissantes pour un meilleur traitement et stockage de grandes quantités de données, ainsi que des améliorations de la technologie des disques durs. Depuis leur découverte dans les matériaux magnétiques en 2009, skyrmions, qui sont de minuscules textures magnétiques tourbillonnantes de quelques nanomètres seulement, ont été largement étudiés en tant que supports d'informations possibles dans les dispositifs de stockage de données et logiques de nouvelle génération.

    Il a été démontré que les skyrmions existent dans des systèmes en couches, avec un métal lourd placé sous un matériau ferromagnétique. En raison de l'interaction entre les différents matériaux, une interaction de brisure de symétrie interfaciale, connu sous le nom d'interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), est formé, et cela aide à stabiliser un skyrmion. Cependant, sans champ magnétique hors plan présent, la stabilité du skyrmion est compromise. En outre, en raison de sa petite taille, il est difficile d'imager les matériaux de taille nanométrique.

    Pour pallier ces limitations, les chercheurs ont travaillé à la création de skyrmions magnétiques stables à température ambiante sans avoir besoin d'un champ magnétique de polarisation.

    Matériau unique pour le stockage des données

    L'équipe NUS, qui comprend également le Dr Shawn Pollard et Mme Yu Jiawei du département de génie électrique et informatique du NUS, ont trouvé qu'un grand DMI pouvait être maintenu dans des films multicouches composés de cobalt et de palladium, et c'est assez grand pour stabiliser les textures de spin de skyrmion.

    Afin d'imager la structure magnétique de ces films, les chercheurs du NUS, en collaboration avec Brookhaven National Laboratory aux États-Unis, utilisé la microscopie électronique à transmission de Lorentz (L-TEM). Le L-TEM a la capacité d'imager des structures magnétiques inférieures à 10 nanomètres, mais il n'a pas été utilisé pour observer des skyrmions dans des géométries multicouches auparavant car il était prédit qu'il présenterait un signal nul. Cependant, lors de la réalisation des expériences, les chercheurs ont découvert qu'en inclinant les films par rapport au faisceau d'électrons, ils ont constaté qu'ils pouvaient obtenir un contraste clair cohérent avec celui attendu pour les skyrmions, avec des tailles inférieures à 100 nanomètres.

    Le Dr Pollard a expliqué, "On a longtemps supposé qu'il n'y avait pas de DMI dans une structure symétrique comme celle présente dans notre travail, Par conséquent, il n'y aura pas de skyrmion. Il est vraiment inattendu pour nous de trouver à la fois de grands DMI et des skyrmions dans le film multicouche que nous avons conçu. Quoi de plus, ces skyrmions nanométriques ont persisté même après la suppression d'un champ magnétique de polarisation externe, qui sont les premiers du genre."

    Assoc Prof Yang a ajouté, "Cette expérience démontre non seulement l'utilité du L-TEM dans l'étude de ces systèmes, mais ouvre également un tout nouveau matériau dans lequel des skyrmions peuvent être créés. Sans avoir besoin d'un champ de polarisation, la conception et la mise en œuvre des appareils basés sur skyrmion sont considérablement simplifiées. La petite taille des skyrmions, combiné à l'incroyable stabilité générée ici, pourrait être potentiellement utile pour la conception de dispositifs spintroniques de prochaine génération qui sont économes en énergie et peuvent surpasser les technologies de mémoire actuelles. »

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