Les «défauts topologiques» se forment lorsque la symétrie d'un matériau magnétique est perturbée. Les murs de domaine (DW) sont un type de défaut topologique qui sépare des régions d'orientations magnétiques différentes. Un phénomène largement étudié, la manipulation de ces défauts a des applications potentielles dans les dispositifs de stockage à mémoire haute performance, appareils de traitement de l'énergie, et l'informatique quantique.

Récemment, la possibilité d'autres défauts topologiques intégrés ou combinés avec les DW a attiré l'attention pour leurs applications potentielles dans différents domaines de la physique. Quelques exemples de ces «défauts dans les défauts» sont les skyrmions DW et les bimérons DW. Alors que les modèles théoriques ont soutenu l'existence de ces défauts, ils n'ont pas été précédemment observés expérimentalement.

Dans une nouvelle étude publiée dans Communication Nature , Professeur agrégé Masahiro Nagao de l'Université de Nagoya, Japon, et ses collègues ont utilisé la microscopie électronique à transmission de Lorentz (LTEM) pour visualiser ces défauts. Ils ont pu le faire en faisant passer des électrons et en observant leurs déflexions à travers un film magnétique mince. Les défauts topologiques ont été observés sous forme de paires contrastées de zones claires et sombres. En utilisant cette technique, l'équipe a imagé des défauts topologiques dans un film mince magnétique chiral en cobalt, zinc, et manganèse.

Initialement, les chercheurs ont observé un seul défaut DW lorsque le film n'était pas magnétisé. En magnétisant le film en lui faisant passer un champ magnétique perpendiculairement, ils ont pu observer le développement de deux types de DW. Les DW conventionnels étaient considérés comme des lignes noires, tandis que des chaînes de bimérons DW ont été vues comme des points elliptiques brillants sur les images LTEM. Ces deux types de DW sont apparus alternativement et par paires. Les chercheurs ont noté que ces DW augmentaient à mesure que la force du champ magnétique augmentait et disparaissaient finalement après qu'un certain seuil était atteint. Pour confirmer leur découverte, les chercheurs ont utilisé l'équation de transport d'intensité pour obtenir les distributions magnétiques qui ont révélé des aimantations opposées des deux côtés de la chaîne de DWs, confirmant qu'il s'agit de bimères DW.

Les chercheurs ont proposé une explication de ces défauts et de leur mécanisme de formation. Nagao dit, "Dans nos films minces d'aimants chiraux, nous montrons des bimérons enchaînés et isolés jouant respectivement le rôle et liés aux DW, qui sont réalisés non seulement par la composante d'anisotropie magnétique dans le plan, mais aussi par la combinaison de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya, anisotropie magnétique hors plan, interaction dipolaire, et effet Zeeman."

Les découvertes de l'équipe mettent en lumière les défauts topologiques des aimants chiraux et ont des implications dans les domaines de la physique liés à la topologie, allant des échelles de longueur cosmologiques à la matière condensée.