Dans certains matériaux, les spins forment des structures magnétiques complexes à l’échelle nanométrique et micrométrique dans lesquelles la direction de magnétisation se tord et s’enroule dans des directions spécifiques. Des exemples de telles structures sont les bulles magnétiques, les skyrmions et les vortex magnétiques.
La spintronique vise à utiliser ces minuscules structures magnétiques pour stocker des données ou effectuer des opérations logiques avec une très faible consommation d'énergie par rapport aux composants microélectroniques dominants d'aujourd'hui. Cependant, la génération et la stabilisation de la plupart de ces textures magnétiques sont limitées à quelques matériaux et réalisables dans des conditions très spécifiques (température, champ magnétique, etc.).
Une collaboration internationale dirigée par le physicien du HZB, le Dr Sergio Valencia, a étudié une nouvelle approche pouvant être utilisée pour créer et stabiliser des textures de spin complexes, telles que des vortex radiaux, dans une variété de composés. Dans un vortex radial, la magnétisation pointe vers ou loin du centre de la structure. Ce type de configuration magnétique est généralement très instable.
Dans le cadre de cette nouvelle approche, des vortex radiaux sont créés à l'aide de structures supraconductrices, tandis que la présence de défauts de surface permet leur stabilisation.
Les échantillons sont constitués d’îlots de taille micrométrique constitués du supraconducteur à haute température YBCO sur lesquels un composé ferromagnétique est déposé. En refroidissant l'échantillon en dessous de 92 Kelvin (-181 °C), YBCO entre dans l'état supraconducteur.
Dans cet état, un champ magnétique externe est appliqué et immédiatement supprimé. Ce processus permet la pénétration et le blocage des quanta de flux magnétique, ce qui crée à son tour un champ magnétique parasite.
C'est ce champ parasite qui produit de nouvelles microstructures magnétiques dans la couche ferromagnétique sus-jacente :des spins émanent radialement du centre de la structure, comme dans un vortex radial.
À mesure que la température augmente, YBCO passe de l’état supraconducteur à un état normal. Ainsi, le champ parasite créé par les îles YBCO disparaît, tout comme le vortex radial magnétique. Cependant, les chercheurs et collaborateurs du HZB ont observé que la présence de défauts de surface empêche que cela se produise :les tourbillons radiaux conservent partiellement l'état imprimé, même à l'approche de la température ambiante.
"Nous utilisons le champ magnétique généré par les structures supraconductrices pour imprimer certains domaines magnétiques sur les ferromagnétiques placés dessus et les défauts de surface pour les stabiliser. Les structures magnétiques s'apparentent à celles d'un skyrmion et sont intéressantes pour les applications spintroniques", explique Valencia. .
Les vortex imprimés plus petits mesuraient environ 2 micromètres de diamètre, soit environ 10 fois la taille des skyrmions typiques. L'équipe a étudié des échantillons à géométrie circulaire et carrée et a découvert que les géométries circulaires augmentaient la stabilité des vortex radiaux magnétiques imprimés.
"Il s'agit d'une nouvelle façon de créer et de stabiliser de telles structures et elle peut être appliquée à une variété de matériaux ferromagnétiques. Ce sont de bonnes nouvelles perspectives pour le développement ultérieur de la spintronique supraconductrice", déclare Valencia.
L'étude est publiée dans la revue ACS Applied Materials &Interfaces .
Plus d'informations : David Sanchez-Manzano et al, Dépendance à la taille et stabilité à haute température des textures magnétiques de vortex radial imprimées par des champs parasites supraconducteurs, Matériaux et interfaces appliqués par ACS (2024). DOI :10.1021/acsami.3c17671
Informations sur le journal : Matériaux et interfaces appliqués ACS
Fourni par l'Association Helmholtz des centres de recherche allemands
