Cu 2 OSeO 3 est un matériau aux propriétés magnétiques inhabituelles. Les tourbillons de spin magnétiques connus sous le nom de skyrmions se forment dans une certaine plage de température en présence d'un petit champ magnétique externe. Actuellement, des températures modérément basses de l'ordre de 60 Kelvin (-213 degrés Celsius) sont nécessaires pour stabiliser leur phase, mais il semble possible de déplacer cette plage de température vers la température ambiante. Ce qui est excitant avec les skyrmions, c'est qu'ils peuvent être mis en mouvement et contrôlés très facilement, offrant ainsi de nouvelles opportunités pour réduire l'énergie nécessaire au traitement des données.

Des travaux théoriques avaient prédit qu'il devrait être possible d'utiliser un champ électrique à haute fréquence pour exciter un groupe de skyrmions dans l'échantillon afin que leurs noyaux tournent tous ensemble, synchrone comme un essaim de poissons, dans le sens horaire ou antihoraire, ou bien ils peuvent même présenter un mouvement de « respiration ».

Maintenant, une équipe a réussi à mesurer la dynamique de ces skyrmions en détail pour la première fois en utilisant un échantillon monocristallin de Cu 2 OSeO 3 . « Méthodes de laboratoire conventionnelles comme la résonance ferromagnétique, ne peuvent pas détecter directement la déviation des spins dans la phase skyrmion et ne sont donc pas adaptés pour observer sélectivement leurs excitations. Par conséquent, nous devions trouver quelque chose de nouveau, " explique le Pr Christian Back, de l'Université technique de Munich.

L'équipe a réussi à BESSY II à combiner une méthode de résolution de spin avec un champ micro-onde externe. "La technique de diffusion magnétique résonnante lorsqu'elle est combinée avec des champs magnétiques vectoriels externes montre où les spins sont situés dans le réseau et comment ils sont orientés dans l'espace, et tout cela pour chaque espèce de spin élémentaire qui peut exister dans le spécimen, " explique le Dr Florin Radu, au Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), un physicien qui a développé et installé la station terminale VEKMAG en coopération avec des partenaires de l'Universität Regensburg, Université de la Ruhr Bochum, et Freie Universität Berlin. La construction et le développement continu de la station VEKMAG sont soutenus par le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) et HZB.

En utilisant une excitation par résonance ferromagnétique induite par un champ électrique et en enregistrant l'intensité des rayons X d'un pic de Bragg, le groupe de recherche a démontré expérimentalement pour la première fois que les trois modes d'oscillation caractéristiques se produisent dans Cu 2 OSeO 3 — l'équipe a observé des skyrmions magnétiques tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et l'expansion et la contraction (mode « respiration »). Ces modes peuvent être commutés et inversés en changeant la fréquence du champ hyperfréquence :chaque mode dynamique est atteint pour une certaine fréquence, qui dépend en outre du champ magnétique externe ainsi que d'autres paramètres intrinsèques de l'échantillon. "Il s'agit d'un premier pas vers la caractérisation spécifique à la phase du mouvement giratoire contrôlé du skyrmion, " dit Radu.