Lorsque les chercheurs utilisent un microscope optique Kerr pour zoomer sur des films minces de matériau magnétique, dans les bonnes conditions, ils observent une sorte d'ouragan magnétique à micro-échelle. Les physiciens appellent ces structures magnétiques tourbillonnantes skyrmions. L'idée est d'utiliser ce phénomène pour des dispositifs de stockage ou de traitement de données. Pour ces applications, le mouvement des mini-tourbillons, qui agissent eux-mêmes comme des particules autonomes ou des quasi-particules, doit être exploité.

Les skyrmions peuvent se déplacer à la fois en raison des effets de la température et des courants électriques. Alors que des "poussées" plus puissantes sont nécessaires pour certaines applications, le mouvement thermique aléatoire est souhaitable pour d'autres, comme dans l'informatique non conventionnelle.

Épingler :lorsque les skyrmions rencontrent le "parcours d'obstacles"

Les films de matériau d'une épaisseur nanométrique dans lesquels les skyrmions peuvent être observés ne sont jamais parfaits. En conséquence, ces petits tourbillons magnétiques peuvent rester bloqués, un effet connu sous le nom d'épinglage. Dans la plupart des cas, ils sont tellement pris au piège qu'ils sont incapables de s'échapper. C'est comme essayer de faire rouler une petite balle sur la surface d'une vieille table couverte de rayures et d'entailles. Sa trajectoire sera déviée et s'il y a une empreinte suffisamment grande, la balle reste simplement coincée. Lorsque les skyrmions sont piégés de cette manière, cela pose des défis, en particulier en ce qui concerne les applications qui reposent sur le mouvement thermique des quasi-particules. L'épinglage peut conduire à un arrêt complet de ce mouvement.

Comprendre les principes fondamentaux de l'épinglage

"J'ai utilisé un microscope Kerr pour étudier des skyrmions d'une taille d'à peine un micromètre - ou, pour être plus précis, leur comportement d'épinglage", a déclaré Raphael Gruber, doctorant et membre de l'équipe de recherche du professeur Mathias Kläui à l'Université Johannes Gutenberg. Mayence (JGU). Il existe déjà un certain nombre de théories sur la façon dont l'effet se produit. La plupart d'entre eux se concentrent sur l'examen des skyrmions dans leur ensemble; en d'autres termes, ils se concentrent sur le mouvement de leurs centres. Il y a même eu quelques études expérimentales, mais en présence d'un fort ancrage où les skyrmions sont incapables de bouger du tout.

"Mes enquêtes sont basées sur un faible ancrage permettant aux skyrmions de bouger un peu et de continuer à sauter jusqu'à ce qu'ils soient rattrapés ailleurs", a expliqué Gruber. Ses résultats offrent de nouvelles perspectives intéressantes. "Les skyrmions ne tombent pas comme des balles dans un trou", a déclaré le physicien expérimental. "Ce qui se passe, c'est qu'il colle à quelque chose à sa surface." Les résultats correspondants ont récemment été publiés dans Nature Communications .

Le professeur Mathias Kläui, responsable du groupe de recherche, se réjouit également des nouvelles découvertes, qui sont le fruit de nombreuses années de collaboration avec des groupes de physique théorique :« Sous l'égide du programme prioritaire Skyrmionics financé par la Fondation allemande pour la recherche et le Spin+X Collaborative Research Center, nous avons étudié la dynamique des structures de spin avec nos homologues travaillant dans le domaine de la physique théorique. Je suis heureux de dire que cette collaboration très productive, en particulier aussi entre les étudiants de troisième cycle des groupes impliqués, a généré ces résultats fascinants ."

Le Dr Peter Virnau, qui dirige un groupe de physique théorique à Mayence, a déclaré :« Les skyrmions sont un aspect relativement nouveau de ma recherche... Je suis heureux que nos méthodes numériques puissent contribuer à une meilleure compréhension des données expérimentales. + Explorer plus loin

Tourbillons magnétiques dans les espaces confinés