« pression » chimique provenant des propriétés magnétiques ajustées par substitution atomique d'un aimant bien étudié, siliciure de manganèse. Des atomes légèrement plus gros (vert) ont remplacé certains des atomes de silicium dans l'aimant, expansion de la structure cristalline. La structure cristalline expansée (a) est montrée où le bleu est le silicium et le rose est le manganèse. Une petite quantité de substitution a stabilisé deux phases magnétiques :les spins magnétiques en tire-bouchon (flèches) représentent une phase magnétique hélicoïdale (b); les tours de torsion créant des vortex représentent une phase exotique du réseau skyrmion (c). Crédit :Département américain de l'Énergie
Inhabituel, de minuscules vortex tournant à la surface de certains aimants pourraient offrir un moyen de réduire les besoins énergétiques des ordinateurs. Le contrôle des vortex est essentiel. Les scientifiques ont découvert que la substitution chimique dans un aimant bien étudié agissait comme un bouton efficace pour régler les propriétés magnétiques. L'ajout de quelques atomes légèrement plus gros à l'aimant a élargi le réseau cristallin, ou arrangement atomique. L'expansion a appliqué une pression « chimique négative » sur le système. La pression a changé le caractère du magnétisme et a stabilisé une phase de vortex exotique appelée le réseau skyrmion.
Cette meilleure compréhension de la façon de créer et de stabiliser les skyrmions pourrait nous rapprocher des dispositifs de mémoire magnétique qui nécessitent moins de courant électrique pour être contrôlés. Les travaux ont également permis de mieux comprendre l'origine des interactions responsables de la formation de skyrmions.
Depuis la découverte de skyrmions magnétiques - une texture de spin de type vortex topologiquement stable - dans un métal magnétique bien étudié en 2009, de nombreuses recherches se concentrent sur les propriétés fondamentales et l'origine de cette phase magnétique inhabituelle. Les skyrmions sont relativement gros et sensibles aux faibles courants et ont donc le potentiel pour des appareils électroniques de faible puissance.
Le présent travail s'est concentré sur la compréhension des caractéristiques qui créent et stabilisent les skyrmions, en particulier une interaction antisymétrique considérée comme responsable du développement du réseau skyrmion. Les scientifiques ont utilisé une substitution chimique avec des atomes légèrement plus gros sur des sites non magnétiques sur le réseau cristallin pour étendre la structure. De manière inattendue à des niveaux relativement bas, la substitution chimique a affecté le caractère magnétique et les propriétés de transport de charge.
Les expériences ont révélé un changement dans le caractère de la structure électronique considérée comme le facteur déterminant de l'interaction antisymétrique au cœur de la formation des skrymions. Cette recherche a montré la dépendance dramatique de l'état magnétique sur la taille du réseau cristallin et souligne l'opportunité d'explorer les origines des interactions antisymétriques à travers une combinaison d'expérience, diffusion de neutrons, et calcul de structure électronique.
