Des mesures au Centre australien de diffusion des neutrons ont permis de clarifier la disposition des tourbillons magnétiques, connu sous le nom de skyrmions, dans le siliciure de manganèse (MnSi).

Un skyrmion est le plus petit changement possible dans un aimant uniforme :une région ponctuelle d'aimantation inversée, entouré d'un tourbillon de vrilles.

La configuration magnétique attire l'attention en tant que support de données potentiel dans les dispositifs de mémoire de nouvelle génération.

Un groupe de chercheurs du RIKEN Center for Emergent Matter Science au Japon a découvert qu'un champ magnétique peut être utilisé pour faire basculer un groupe de skyrmions entre deux arrangements de réseau différents, démontrant le type de contrôle nécessaire pour les dispositifs de mémoire avancés.

L'étude a été publiée dans Avancées scientifiques .

Les atomes de certains matériaux portent leur propre magnétisme intrinsèque, avec chaque atome agissant comme un barreau aimanté. Lorsque ces aimants miniatures sont balayés en de minuscules motifs tourbillonnants, ils forment collectivement des skyrmions qui se comportent comme des particules discrètes.

Il ne se forme que dans les aimants dans lesquels l'interaction des spins préfère une structure magnétique à symétrie chirale, comme une torsion qui est soit à gauche ou à droite.

Étant circulaire, Les skyrmions se regroupent généralement dans un réseau triangulaire.

Taro Nakajima et Hiroshi Oike de RIKEN et leurs collègues ont étudié comment ce réseau skyrmion peut être manipulé dans du siliciure de manganèse.

Généralement, les réseaux de skyrmions n'apparaissent dans ce matériau que dans une plage étroite de températures et de champs magnétiques. "Cela rend les treillis trop fragiles pour être réarrangés, " dit Nakajima.

L'équipe a étudié un réseau skyrmion plus robuste en appliquant des impulsions électriques au matériau à 12,5 kelvin (K) et un champ magnétique de 0,2 tesla (T).

Les impulsions ont rapidement chauffé le matériau, provoquant la formation de skyrmions dans une fenêtre de stabilité entre 27 et 29 K.

L'échantillon s'est rapidement refroidi, verrouillant les skyrmions dans un réseau triangulaire stable sur une gamme beaucoup plus large de températures et de champs magnétiques.

Les chercheurs ont ensuite refroidi l'échantillon à 1,5 K et utilisé la diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) sur l'instrument QUOKKA pour comprendre comment le réseau du skyrmion a changé sous différents champs magnétiques.

Aux champs magnétiques inférieurs à 0,1 T, le réseau s'est réorganisé en un motif carré qui n'était stable que dans une plage relativement restreinte de très basses températures et de champs magnétiques. L'élévation du champ à 0,2 T a ressuscité le réseau triangulaire.

"Sur QUOKKA, il était possible de mesurer les changements du réseau skyrmion in situ lorsqu'un courant électrique était appliqué sous différents champs magnétiques, " a déclaré le scientifique des instruments, le Dr Elliot Gilbert, et co-auteur de la publication.

Bien que SANS ne voit pas directement les propriétés de type particule des skyrmions, les motifs peuvent être interprétés pour fournir des informations sur le tassement des particules.

Les chercheurs suggèrent que ces transitions de réseau sont influencées par les irrégularités, ou anisotropie, dans le magnétisme sous-jacent des atomes de manganèse dans le matériau.

À des champs magnétiques et des températures faibles, cette anisotropie permet aux skyrmions de se recouvrir partiellement, se rapprocher pour adopter une disposition en treillis carré.

Cet effet pourrait bien se produire dans d'autres matériaux, selon l'équipe de recherche.

"Nos expériences ont révélé que les skyrmions ont en effet une nature particulaire dans des cristaux en vrac, " dit Nakajima.

"Ceux-ci devraient être applicables aux futurs dispositifs de mémoire magnétique dans lesquels chaque particule de skyrmion se comporte comme un support d'informations."