Dans une expérience qui pourrait aider au développement de nouveaux dispositifs de spintronique à faible consommation d'énergie, des chercheurs de RIKEN et leurs collaborateurs ont utilisé des champs thermiques et magnétiques pour créer des transformations entre les textures de spin (vortex magnétiques et antivortex appelés skyrmions et antiskyrmions) dans un monocristal mince. dispositif à plaque. Plus important encore, ils y sont parvenus à température ambiante.
Les skyrmions et les antiskyrmions, qui sont des textures existant dans des matériaux magnétiques spéciaux impliquant le spin des électrons dans le matériau, constituent un domaine de recherche actif, car ils pourraient être utilisés pour les dispositifs de mémoire de nouvelle génération, par exemple, les skyrmions agissant comme un Bit "1" et antiskyrmions un bit "0".
Dans le passé, les scientifiques étaient capables de les déplacer de diverses manières et de créer des transformations entre eux à l’aide du courant électrique. Cependant, étant donné que les appareils électroniques actuels consomment de l'énergie électrique et produisent de la chaleur résiduelle, les chercheurs du groupe, dirigés par Xiuzhen Yu du Centre RIKEN pour la science des matières émergentes, ont décidé de voir s'ils pouvaient trouver un moyen de créer ces transformations à l'aide de gradients thermiques.
Selon Yu, « Comme environ les deux tiers de l'énergie produite par les centrales électriques, les automobiles, les incinérateurs et les usines sont gaspillés sous forme de chaleur, nous avons pensé qu'il serait important d'essayer de créer des transformations entre les skyrmions et les antiskyrimions, ce qui a déjà été fait. en utilisant le courant électrique, en utilisant la chaleur."
Pour effectuer la recherche, maintenant publiée dans Nature Communications , les chercheurs ont utilisé un faisceau d'ions focalisés (un système de fabrication extrêmement précis) pour créer un microdispositif à partir d'un aimant monocristallin massif (Fe0,63 Ni0,3 Pd0,07 )3 P, composé d'atomes de fer, de nickel, de palladium et de phosphore, puis a utilisé la microscopie à balayage de Lorentz, une méthode avancée pour examiner les propriétés magnétiques des matériaux à très petite échelle.
Ce qu’ils ont découvert, c’est que lorsqu’un gradient de température était appliqué au cristal simultanément avec un champ magnétique, à température ambiante, les antiskyrmions qu’il contenait se transformaient d’abord en bulles non topologiques – une sorte d’état de transition entre les skyrmions et les antiskyrmions – puis en skyrmions. , à mesure que le gradient de température augmentait. Ils sont ensuite restés dans une configuration stable sous forme de skyrmions même lorsque le gradient thermique a été éliminé.
Ce résultat était conforme aux attentes théoriques, mais un deuxième résultat a surpris le groupe. Selon Fehmi Sami Yasin, chercheur postdoctoral dans le groupe de Yu, "Nous avons également été surpris de constater que lorsque le champ magnétique n'était pas appliqué, le gradient thermique entraînait une transformation des skyrmions en antiskyrmions, qui restaient également stables dans le matériau".
"Ce qui est très excitant à ce sujet", poursuit-il, "c'est que cela signifie que nous pourrions utiliser un gradient thermique - essentiellement en utilisant la chaleur perdue - pour provoquer une transformation entre les skyrmions et les antiskyrmions, selon qu'un champ magnétique est appliqué ou non. Il est particulièrement significatif que nous ayons pu le faire à température ambiante. Cela pourrait ouvrir la voie à un nouveau type de dispositifs de stockage d'informations tels que les dispositifs de mémoire non volatile utilisant la chaleur résiduelle. "
Selon Yu, "Nous sommes très enthousiasmés par sa découverte et prévoyons de poursuivre nos travaux pour manipuler les skyrmions et les antiskyrmions de manière nouvelle et plus efficace, y compris le contrôle thermique du mouvement des antiskyrmions, dans le but de construire de véritables dispositifs thermospintroniques et autres dispositifs spintroniques. qui pourraient être utilisés dans notre vie quotidienne. Pour fabriquer de meilleurs appareils, nous devons explorer en profondeur diverses conceptions et géométries d'appareils. "
Plus d'informations : Fehmi Sami Yasin et al, Transformations de texture de spin topologique induites par le courant thermique et commutation de vecteur q hélicoïdal, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-42846-7
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par RIKEN
