Une équipe de scientifiques d'Allemagne, La Suède et la Chine ont découvert un nouveau phénomène physique :des structures tressées complexes constituées de minuscules vortex magnétiques appelés skyrmions. Les skyrmions ont été détectés expérimentalement pour la première fois il y a un peu plus d'une décennie et ont depuis fait l'objet de nombreuses études, ainsi que de fournir une base possible pour des concepts innovants dans le traitement de l'information qui offrent de meilleures performances et une consommation d'énergie inférieure. Par ailleurs, Les skyrmions influencent les propriétés magnétorésistives et thermodynamiques d'un matériau. La découverte est donc pertinente à la fois pour la recherche appliquée et la recherche fondamentale.

Cordes, les fils et les structures tressées se retrouvent partout dans la vie quotidienne, des lacets, aux pulls en laine, des tresses dans les cheveux d'un enfant aux câbles d'acier tressés qui sont utilisés pour soutenir d'innombrables ponts. Ces structures sont également couramment observées dans la nature et peuvent, par exemple, confèrent aux fibres végétales une résistance à la traction ou à la flexion. Les physiciens du Forschungszentrum Jülich, avec des collègues de Stockholm et Hefei, ont découvert que de telles structures existent à l'échelle nanométrique dans les alliages de fer et de germanium métalloïde.

Ces nanocordes sont constituées chacune de plusieurs skyrmions plus ou moins torsadés entre eux, un peu comme les brins d'une corde. Chaque skyrmion lui-même se compose de moments magnétiques qui pointent dans différentes directions et prennent ensemble la forme d'un minuscule vortex allongé. Un brin skyrmion individuel a un diamètre inférieur à un micromètre. La longueur des structures magnétiques n'est limitée que par l'épaisseur de l'échantillon; ils s'étendent d'une surface de l'échantillon à la surface opposée.

Des études antérieures menées par d'autres scientifiques avaient montré que ces filaments sont en grande partie linéaires et presque en forme de tige. Cependant, les investigations en microscopie à ultra-haute résolution entreprises au Ernst Ruska-Centre à Jülich les études théoriques à l'institut Peter Grünberg de Jülich ont révélé une image plus variée :les fils peuvent en fait se tordre ensemble à des degrés divers. Selon les chercheurs, ces formes complexes stabilisent les structures magnétiques, ce qui les rend particulièrement intéressants pour une utilisation dans une gamme d'applications.

« Les mathématiques contiennent une grande variété de ces structures. Nous savons maintenant que ces connaissances théoriques peuvent être traduites en phénomènes physiques réels, " Le physicien de Jülich, le Dr Nikolai Kiselev, est heureux de rapporter. "Ces types de structures à l'intérieur des solides magnétiques suggèrent des propriétés électriques et magnétiques uniques. Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour le vérifier."

Pour expliquer l'écart entre ces études et les précédentes, le chercheur précise que les analyses au microscope électronique à ultra-haute résolution ne fournissent pas simplement une image de l'échantillon, comme dans le cas de, par exemple, un microscope optique. En effet, des phénomènes de mécanique quantique entrent en jeu lorsque les électrons de haute énergie interagissent avec ceux de l'échantillon.

"Il est tout à fait possible que d'autres chercheurs aient également vu ces structures au microscope, mais ont été incapables de les interpréter. En effet, il n'est pas possible de déterminer directement la répartition des directions d'aimantation dans l'échantillon à partir des données obtenues. Au lieu, il est nécessaire de créer un modèle théorique de l'échantillon et d'en générer une sorte d'image au microscope électronique, " explique Kiselev. " Si les images théoriques et expérimentales correspondent, on peut conclure que le modèle est capable de représenter la réalité. Forschungszentrum Jülich avec son Ernst Ruska-Centre compte parmi les principales institutions au monde.