Les futurs dispositifs de stockage de données numériques reposent principalement sur de nouveaux phénomènes magnétiques fondamentaux. Mieux nous comprenons ces phénomènes, plus les puces mémoire et les disques durs que nous pouvons construire sont meilleurs et plus économes en énergie. Les physiciens du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) et du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ont maintenant terminé le travail fondamental essentiel pour les futurs dispositifs de stockage :en utilisant une approche créative de mise en forme de films minces magnétiques dans des architectures courbes, ils ont validé la présence de réponses chirales dans un matériau magnétique couramment utilisé. Cela facilite la création de systèmes magnétiques avec les propriétés souhaitées qui reposent sur des transformations géométriques simples. L'équipe a maintenant présenté ses travaux dans la revue Lettres d'examen physique .

Nous savons tous que notre main gauche est différente de notre main droite :un gant gauche ne conviendra pas à votre main droite et vice versa. Les scientifiques utilisent le terme « chiralité » pour décrire des objets qui ne s'alignent pas avec leur image miroir. Chimistes, en particulier, connaissent cette propriété des molécules, comme dans l'acide lactique à rotation gauche et droite. Les humains métabolisent la variante à rotation droite plus facilement que son "image miroir".

De tels effets chiraux sont connus pour se produire dans les matériaux magnétiques, où les textures magnétiques ont également des propriétés chirales :l'agencement des moments magnétiques individuels à l'intérieur du matériau, ou, au sens figuré, l'alignement des nombreuses petites "aiguilles de boussole" qui composent un aimant, pourrait former des alignements droitiers et gauchers. Sous certaines conditions, certaines textures se comportent comme une image et une image miroir — une texture pour gaucher ne peut pas être rendue congruente avec sa version pour droitier.

L'aspect intéressant ici est que "les deux textures peuvent présenter des comportements magnétiques différents, " comme le fait remarquer le physicien du HZDR, le Dr Denys Makarov. " Pour le dire simplement :une texture pour droitier peut être énergétiquement préférable à une texture pour gaucher. Puisque les systèmes dans la nature ont tendance à assumer leur état énergétique le plus bas possible, l'état droitier est préféré. » De tels effets chiraux sont très prometteurs sur le plan technologique. Entre autres choses, ils pourraient être utiles dans le développement futur de composants électroniques à haute efficacité énergétique tels que des capteurs, commutateurs, et les périphériques de stockage non volatiles.

Architectures courbes magnétiques

"Les héliaimants sont des matériaux aux propriétés magnétiques chirales bien définies, en raison d'un manque de symétrie magnétique interne, " explique l'auteur principal de l'article, Dr Oleksii Volkov de l'Institut de recherche sur la physique et les matériaux des faisceaux ioniques du HZDR. "Malgré le fait qu'ils soient connus depuis longtemps, ce sont des matériaux plutôt exotiques qui sont difficiles à produire. De plus, C'est pourquoi l'équipe de Makarov a choisi une voie différente. Ils ont utilisé un matériau magnétique commun, alliage fer-nickel (appelé Permalloy), pour construire des objets courbes comme des bandes en forme de parabole. En utilisant la lithographie, ils ont formé diverses bandes paraboliques de plusieurs micromètres à partir de feuilles minces de Permalloy.

Les physiciens ont ensuite exposé les échantillons à un champ magnétique, orientant ainsi les moments magnétiques de la parabole le long de ce champ magnétique. Ils ont ensuite exploré expérimentalement l'inversion de l'aimantation en utilisant une méthode d'analyse très sensible au synchrotron de HZB. L'équipe a pu montrer que les moments magnétiques dans la bande parabolique restaient dans leur direction d'origine jusqu'à ce qu'un champ magnétique inversé d'une certaine valeur critique soit appliqué.

Effet étonnamment fort

Cette réponse retardée est due aux effets chiraux causés par la courbure au niveau de la zone du sommet des bandes de parabole. "Les théoriciens ont prédit ce comportement inhabituel depuis un certain temps, mais c'était en fait considéré comme une astuce théorique, " explique le Dr Florian Kronast de Helmholtz-Zentrum Berlin. " Mais maintenant, nous avons montré que cette astuce fonctionne réellement dans la pratique. Nous avons détecté une réponse chirale magnétique dans un matériau ferromagnétique doux conventionnel, juste à travers la courbure géométrique des bandes que nous avons utilisées."

Dans le processus, l'équipe a été confrontée à deux autres surprises :d'une part, l'effet était remarquablement fort, ce qui signifie qu'il pourrait être utilisé pour influencer les réponses magnéto-électriques des matériaux. D'autre part, l'effet a été détecté dans un objet relativement grand :des paraboles de taille micrométrique qui peuvent être produites en utilisant la lithographie conventionnelle. Précédemment, les experts avaient supposé que ces effets chiraux induits par la courbure ne pouvaient être observés que dans des objets magnétiques ayant des dimensions d'environ une douzaine de nanomètres.

« En termes d'applications possibles, nous attendons avec impatience de nouveaux commutateurs magnétiques et dispositifs de stockage de données qui utilisent des propriétés chirales induites géométriquement, " souligne Makarov. Il existe des concepts qui envisagent le futur stockage de données numériques dans certains objets magnétiques, ce que l'on appelle les murs de domaine chiraux ou skyrmions. La découverte récente pourrait aider à produire de tels objets assez facilement - à température ambiante, et en utilisant des matériaux communs. En outre, l'effet nouvellement découvert ouvre également la voie au roman, capteurs de champ magnétique très sensibles.