Fig. 1 :Illustration d'un skyrmion magnétique d'un diamètre de quelques nanomètres seulement dans un film de cobalt atomiquement mince. Les petits cônes colorés représentent les "aimants atomiques" de chaque atome de cobalt. Crédit :S. Meyer, Uni Kiel
Depuis leur découverte expérimentale, Les skyrmions magnétiques - de minuscules nœuds magnétiques - sont devenus l'objet de la recherche. Des scientifiques de Hambourg et de Kiel ont maintenant pu montrer que des skyrmions magnétiques individuels d'un diamètre de quelques nanomètres seulement peuvent être stabilisés dans des films métalliques magnétiques, même sans champ magnétique externe. Ils rendent compte de leur découverte dans le journal Communication Nature .
L'existence de skyrmions magnétiques en tant qu'objets semblables à des particules a été prédite il y a 30 ans par des physiciens théoriciens, mais n'a pu être prouvé expérimentalement qu'en 2013. Des skyrmions d'un diamètre allant du micromètre à quelques nanomètres ont été découverts dans différents systèmes de matériaux magnétiques. Bien qu'ils puissent être générés sur une surface de quelques atomes et manipulés avec des courants électriques, ils montrent une grande stabilité contre les influences extérieures. Cela en fait des candidats potentiels pour de futurs dispositifs de stockage de données ou logiques. Afin d'être compétitif pour les applications technologiques, cependant, skyrmions ne doit pas seulement être très petit, mais aussi stable sans champ magnétique appliqué.
Les chercheurs des universités de Hambourg et de Kiel ont maintenant fait un pas important dans cette direction. Sur la base de calculs numériques de mécanique quantique effectués sur les supercalculateurs de la North-German Supercomputing Alliance (HLRN), les physiciens de Kiel ont pu prédire que des skyrmions individuels d'un diamètre de quelques nanomètres seulement apparaîtraient dans une couche atomiquement mince, film de cobalt ferromagnétique (voir Fig. 1). "La stabilité des nœuds magnétiques dans ces films est due à une compétition inhabituelle entre différentes interactions magnétiques, " dit Sébastien Meyer, doctorat étudiant dans le groupe de recherche du professeur Stefan Heinze à l'Université de Kiel.
Fig. 2 :Mesure par microscopie à effet tunnel de la surface de l'échantillon, un skyrmion magnétique peut être reconnu ici comme un anneau d'or. Crédit :A. Kubetzka, Université de Hambourg
Cette prédiction a ensuite été confirmée par des chercheurs de Hambourg autour du Dr Kirsten von Bergmann en utilisant la microscopie à effet tunnel à haute résolution. Les mesures à basse température de Marco Perini, doctorat étudiant dans le groupe de recherche du Prof. Dr. Roland Wiesendanger, montrent des skyrmions magnétiques dans les films de cobalt préparés sans qu'un champ magnétique externe doive être appliqué (voir Fig. 2). "Jusque là, Les skyrmions individuels ont presque toujours été générés par des champs magnétiques. Dans nos films métalliques, les skyrmions apparaissent spontanément, " explique Kirsten von Bergmann. " Pour les applications futures en électronique de spin, les skyrmions doivent non seulement être stables à des températures extrêmement basses, comme dans les films métalliques étudiés, mais aussi à température ambiante. Afin de réaliser cette prochaine étape vers l'application, la compétition entre les différentes interactions magnétiques trouvées ici peut apporter une contribution majeure."
