Observation de la structure polaire ordonnée. une, b, Images MET en fond noir en coupe transversale d'une tricouche (SrTiO3)16/(PbTiO3)16/(SrTiO3)16 (a) et d'un superréseau [(SrTiO3)16/(PbTiO3)16]8 (b), révélant une modulation régulière dans le plan d'environ 8 nm. c, ré, L'imagerie STEM en champ noir à vue planaire montre l'occurrence généralisée de caractéristiques rondes et allongées de taille nanométrique dans une tricouche (SrTiO3)4/(PbTiO3)11/(SrTiO3)11 (c) et uniquement des caractéristiques circulaires dans une [(SrTiO3) 16/(PbTiO3)16]8 super-réseau (d) suivant les directions [100] et [010]. Les études STEM ont été répétées dans un minimum de 10 échantillons distincts et les observations étaient reproductibles. Encarts, La FFT des images en c et d montre une distribution en forme d'anneau avec des intensités plus fortes le long des directions cubiques, la même caractéristique observée dans les études RSM. Crédit: La nature (2019). DOI :10.1038/s41586-019-1092-8
Une équipe internationale de chercheurs a découvert un moyen de créer et d'observer des skyrmions polaires à température ambiante. Dans leur article publié dans la revue La nature , le groupe décrit la création des skyrmions polaires et leurs observations. Pavlo Zubko, avec le London Centre for Nanotechnology, a publié un article News and Views sur le travail effectué par l'équipe dans le même numéro de la revue.
Zubko décrit les skyrmions comme « de minuscules verticilles de moments magnétiques, " et note que beaucoup de recherches ont été faites avec eux car ils sont très utiles dans les applications de stockage de données. Mais il note également que trouver des versions électriques des skyrmions a été un voyage difficile. Cela peut changer, cependant, comme les chercheurs avec ce nouvel effort rapportent un moyen de créer et d'observer au moins un type de skyrmion à base électrique, le skyrmion polaire.
Zubko note que les chercheurs ont commencé par l'observation que les ferroélectriques et ferromagnétiques, bien qu'il soit très différent, ont des propriétés de base similaires - l'aimantation et la polarisation spontanées ne sont qu'un exemple. Il suggère que c'est cette propriété qui fait à la fois un tel attrait pour les applications de stockage de données. Il note également que les scientifiques recherchent depuis un certain temps une polarisation dans les ferroélectriques qui tournent d'une manière qui pourrait conduire à la création de skyrmions. Des travaux antérieurs ont montré que lorsque les ferroélectriques sont confinés à l'échelle nanométrique, ils deviennent plus sensibles aux contraintes et aux champs électriques, ce qui peut perturber l'orientation polaire et céder la place aux dipôles. Dans de tels scénarios, de petites régions de dipôles avec la même orientation peuvent se former spontanément et ces régions auront des murs frontières les séparant des autres régions.
Simulation d'un skyrmion polaire unique. Les flèches rouges signifient qu'il s'agit d'un skyrmion gaucher. Les autres flèches représentent la répartition angulaire des dipôles. Crédits :Xiaoxing Cheng, Université d'État de Pennsylvanie ; C.T. Nelson, Laboratoire national d'Oak Ridge; et Ramamoorthy Ramesh, Laboratoire de Berkeley
La découverte de la recherche financée par l'armée peut permettre le développement de nouvelles structures de dispositifs pouvant être utilisées pour améliorer la logique/la mémoire, sentir, communication, et d'autres applications pour l'armée ainsi que l'industrie. L'image montre pour la première fois la simulation de la chiralité émergente dans les skyrmions polaires dans les super-réseaux d'oxyde. Crédits :Xiaoxing Cheng, Université d'État de Pennsylvanie ; C.T. Nelson, Laboratoire national d'Oak Ridge; et Ramamoorthy Ramesh, Université de Californie, Berkeley
Dans leur travail, les chercheurs ont noté que les parois du domaine avaient des composantes de polarisation perpendiculaires à celles qui se trouvaient à côté d'elles. Ils ont découvert qu'il suffisait de boucler une paroi de domaine entre les régions pour forcer un anneau de polarisation à se développer, ce qui a conduit à la création de bulles, les skyrmions polaires. L'équipe a ensuite utilisé un microscope électronique capable de montrer le déplacement atomique pour observer les skyrmions. Ils rapportent en outre que la diffraction des rayons X des skyrmions leur a montré une chiralité macroscopique. Zubko suggère qu'il faudra faire beaucoup plus de travail avec les skyrmions pour savoir s'ils fonctionneront avec des applications du monde réel, tels que les dispositifs de mémoire de piste de course.
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