Une équipe internationale de chercheurs a découvert des paires vortex-antivortex magnétiques résultant de spins d'électrons corrélés dans un matériau tricouche nouvellement conçu. La découverte pourrait faire progresser les cellules de mémoire et indique le développement potentiel de circuits logiques magnétiques en 3D.

Les chercheurs du Centre de recherche sur les nanomatériaux et les nanotechnologies de l'Université d'Oviedo en Espagne, et l'Université de Porto au Portugal, ont rendu compte de leurs conclusions cette semaine dans Lettres de physique appliquée . La collaboration comprenait également un groupe de recherche à Alba Synchrotron en Catalogne, Espagne.

Les travaux de l'équipe s'inscrivent dans un domaine de recherche relativement nouveau appelé spintronique topologique. La spintronique exploite les spins intrinsèques des électrons et leurs propriétés magnétiques résultantes dans le matériau, ainsi que la charge électrique des électrons, pour stocker et traiter des informations.

La spintronique topologique utilise des "défauts" géométriques rotatifs dans la topologie globale de transport de charge d'un matériau pour contrôler le comportement magnétique. Défauts physiques microscopiques, comme les étirements, pliage et torsion, peuvent être des phénomènes moteurs que les chercheurs cherchent à utiliser.

Les défauts que l'équipe étudie dans ses tricouches sont des bifurcations, qui sont créés au milieu du motif de domaine rayé. Pensez à une route fourchue dans une rangée de routes droites. Ces bifurcations amènent des paires vortex-antivortex à se déplacer ensemble le long des "routes magnétiques" soit dans une orientation soit dans l'autre, selon leurs polarités. Le bas de la fourche confine et guide la propagation des tourbillons.

L'effet a été observé dans des tricouches magnétiques dans lesquelles une couche magnétique dure, difficile à démagnétiser, était pris en sandwich entre deux couches magnétiques plus douces, avec une épaisseur totale de 160 nanomètres.

"Le mouvement vortex-antivortex nécessite l'interaction entre les couches magnétiques dures et douces ainsi que les champs parasites de l'ensemble de la tricouche magnétique, " dit Maria Vélez, co-auteur de l'article et professeur agrégé de physique de la matière condensée à l'Université d'Oviedo.

Les recherches de son équipe ouvrent de nouvelles possibilités dans le domaine naissant de la nanomagnétique 3D, qui a évolué grâce aux découvertes récentes de nouveaux effets magnétiques au niveau atomique, ainsi que des avancées dans les méthodes de caractérisation telles que la technique de microscopie magnétique à rayons X utilisée par le groupe.

Les chercheurs ont découvert que les paires vortex-antivortex dans les couches magnétiques douces présentaient un mouvement corrélé qui s'étend sur plusieurs micromètres le long des bandes magnétiques lors de l'inversion de l'aimantation. Ces effets sur les longues distances de déplacement pourraient augmenter l'efficacité du contrôle des mémoires magnétiques et des dispositifs logiques. Les résultats sont basés sur la microscopie à rayons X et des calculs micromagnétiques.

"La propagation vortex-antivortex est guidée par le modèle de domaine de bande magnétique du matériau, pas par une géométrie de fil définie par lithographie. Cela implique que la direction du mouvement peut être modifiée à tout moment par une séquence appropriée de champs magnétiques appliqués. C'est un net avantage par rapport aux géométries fixes comme les lignes de transport de courant définies par lithographie dans les appareils électroniques conventionnels, " a déclaré Vélez. C'est comme si les chemins conducteurs pour le mouvement des vortex dans les tricouches magnétiques pouvaient être recâblés dynamiquement.

"En outre, l'utilisation d'un potentiel magnétique pour confiner le mouvement vortex-antivortex est cruciale pour obtenir de longues distances de propagation de plusieurs microns, éviter l'annihilation aux bords des fils, ", a également déclaré Vélez.

La propagation est confinée en haut ou en bas des surfaces du film en fonction des caractéristiques topologiques de la dislocation du motif en bandes. Cet effet pourrait permettre le couplage de circuits magnétiques à travers l'épaisseur de l'échantillon dans des dispositifs multiniveaux avec un degré d'intégration spatiale plus élevé que dans les circuits magnétiques 2-D actuels.