Le prix Nobel de physique 2016 a été décerné à trois physiciens théoriciens pour leurs découvertes des transitions de phases topologiques et des phases topologiques de la matière, qui met en évidence le rôle et l'importance de la topologie dans la compréhension du monde physique. Dans le domaine du magnétisme, la topologie est aussi directement liée et fondamentale à la physique d'une texture magnétique exotique, le skyrmion magnétique.

Les skyrmions magnétiques sont des structures magnétiques à l'échelle nanométrique avec des nombres quantiques topologiques, qui existent dans un certain nombre de matériaux et peuvent être contrôlés par des méthodes telles que le courant électrique et d'autres. En raison de leur taille nanométrique et de leur stabilité topologiquement protégée, Les skyrmions magnétiques sont très prometteurs dans les applications spintroniques telles que la mémoire magnétique et les dispositifs informatiques logiques. Afin de manipuler des skyrmions magnétiques pour le traitement de l'information, il est essentiel de bien comprendre leur dynamique.

Récemment, une équipe de chercheurs de Chine et du Japon a étudié les skyrmions magnétiques dans les aimants frustrés et a révélé la dynamique exotique des skyrmions magnétiques frustrés, ce qui est totalement différent de celui des skyrmions magnétiques dans les matériaux ferromagnétiques courants. Ils ont trouvé la transition de verrouillage-déverrouillage d'hélicité des skyrmions magnétiques frustrés en incluant les interactions dipôle-dipôle dans leur modèle théorique, qui est un terme d'énergie généralement négligeable pour les skyrmions ferromagnétiques communs. Dans les aimants frustrés, l'interaction dipôle-dipôle joue un rôle important dans le couplage hélicité (mode rotationnel)-orbite (mode translationnel) du skyrmion, surtout à basse température. En outre, les chercheurs montrent que la dynamique des skyrmions et des antiskyrmions contrôlés par le courant avec une hélicité de verrouillage-déverrouillage dans des aimants frustrés peut permettre de nouvelles applications spintroniques telles que les dispositifs de stockage d'informations basés sur l'hélicité.

La découverte est rapportée cette semaine dans le journal Communication Nature , dans un article de l'Université chinoise de Hong Kong, Le chercheur de Shenzhen Xichao Zhang, et doctorant Jing Xia, et quatre autres de l'Université de Shenzhen, Chine, Université de Shinshu, Japon, et l'Université de Tokyo, Japon.

"Helicity est un degré de liberté des skyrmions magnétiques frustrés, " dit Xichao Zhang, chercheur à l'Université chinoise de Hong Kong, Shenzhen, et le premier auteur de l'étude. « Dans les matériaux ferromagnétiques conventionnels, l'hélicité d'un skyrmion ne peut pas être contrôlée efficacement, alors que nous trouvons qu'il est possible de contrôler l'hélicité du skyrmion en utilisant la transition de verrouillage-déverrouillage de l'hélicité dans les matériaux magnétiques frustrés.

"Notre étude montre également les interactions entre skyrmions frustrés et antiskyrmions, qui sont des problèmes d'importance à la fois théorique et pratique, " explique Yan Zhou, professeur agrégé de l'Université chinoise de Hong Kong, Shenzhen, et l'auteur correspondant de l'étude. Zhou dit qu'il est également possible de construire des dispositifs informatiques logiques basés sur des skyrmions et des antiskyrmions, et son groupe y poursuit actuellement.

"Nous pouvons utiliser des skyrmions frustrés comme mémoire binaire utilisant deux états stables de type Bloch, où l'hélicité peut être commutée en appliquant du courant, " dit Motohiko Ezawa, maître de conférences à l'Université de Tokyo, et l'autre auteur correspondant de l'étude.