Crédit :Université du Tohoku
La matière se comporte différemment lorsqu'elle est minuscule. A l'échelle nanométrique, le courant électrique traverse des montagnes de particules, les transformer en vortex qui peuvent être utilisés intentionnellement en informatique quantique. Les particules s'organisent en une carte topologique, mais les lignes se brouillent lorsque les électrons fusionnent en quasiparticules indiscernables aux propriétés changeantes. L'astuce consiste à apprendre à contrôler ces matériaux changeants.
Pour la première fois, les chercheurs ont examiné ce processus au microscope. L'équipe internationale a maintenant publié ses résultats le 11 juillet, 2019 en Physique des communications , une La nature journal.
Dans certains matériaux conducteurs, comme le Manganèse Silicium (MnSi), les quasiparticules peuvent s'accumuler dans un skyrmion magnétique avec une forme et un mouvement de type vortex. Le skyrmion crée un réseau de points de connexion dans le cristal de MnSi.
"Les skyrmions magnétiques ont suscité l'intérêt en raison du potentiel des applications de spintronique, " dit Taku Sato, auteur de l'étude et professeur à l'Institut de recherche multidisciplinaire pour les matériaux avancés de l'Université de Tohoku.
La spintronique fait référence à l'électronique théorique qui repose non seulement sur l'état de charge d'un courant, mais aussi sur les caractéristiques des électrons pour transférer et stocker l'information quantique.
"La première étape pour réaliser de telles applications spintroniques des skyrmions peut être le contrôle du courant électrique du flux de skyrmions, " dit Sato. " Une fois créé, le skyrmion ne peut presque jamais être annihilé. Il se couple également fortement au flux de courant électrique, ce qui signifie qu'il faut très peu de courant pour déplacer le système."
Illustration schématique des skyrmions magnétiques dans MnSi. Les flèches représentent les moments magnétiques dans MnSi. Les flèches rouges indiquent que les moments correspondants ont des composantes négatives hors du plan, tandis que les bleus sont positifs. Crédit :D. Okuyama, Université du Tohoku
Réflexions magnétiques du réseau skyrmion dans MnSi. Crédit :D. Okuyama, Université du Tohoku
Les chercheurs supposent que le réseau magnétique du skyrmion se déplace dans la même direction que la direction du courant électrique appliqué. Près du bord de l'échantillon, la déformation plastique du réseau magnétique-skyrmion a lieu, entraînant le comportement contrarotatif des réflexions magnétiques du skyrmion. Crédit :D. Okuyama, Université du Tohoku
Pour comprendre comment le courant électrique affecte les changements magnétiques du skyrmion sous un courant électrique, les chercheurs ont utilisé une méthode appelée diffusion de neutrons aux petits angles. Ils ont alimenté un faisceau de neutrons à travers un cristal de MnSi, provoquant la réaction des particules du skyrmion - les neutrons se dispersent littéralement contre et autour des composants du système du skyrmion. La façon dont ils se dispersent renseigne les chercheurs sur le système.
Dans ce cas, les chercheurs ont vu que la structure en treillis du skyrmion était déformée, provoquant le changement du mouvement vortex du skyrmion. Ils ont également vu que les bords du skyrmion étaient considérablement perturbés, presque comme s'il se poussait contre lui-même. Sato attribue cela à ce qu'il a appelé des « bords épinglés ». Le skyrmion pourrait repousser ses limites les plus éloignées, provoquant des frictions.
"Un tel effet de friction n'a pas été signalé à ce jour à notre connaissance, ", a déclaré Sato. "Ce sont des informations clés fondamentales pour la conception d'un dispositif de spintronique réaliste utilisant des sykrmions magnétiques."
Sato et son équipe prévoient d'approfondir l'étude de la dynamique des skyrmions magnétiques dans le but à terme de développer des dispositifs spintroniques.
