Images à fort grossissement d'amas nanomagnétiques. (a) et (b) sont des images dans lesquelles la mise au point a été déplacée de la mise au point exacte à, respectivement, le côté moins et le côté plus. (c) est une carte de la distribution de magnétisation dans le plan telle que déterminée à partir de (a) et (b). La distribution et la densité des couleurs représentent la direction et la force, respectivement, de l'aimantation dans le plan (voir figure d'insertion en bas à droite). La direction et la taille des flèches représentent également la direction et la force de l'aimantation dans le plan, respectivement. (d) et (e) montrent les réponses de différents amas magnétiques à un champ magnétique externe (B). La direction du champ magnétique externe va de l'avant de la page vers l'arrière. La ligne droite verte en haut à droite de (e) est une fausse image faite par le bord de l'échantillon.
Des chercheurs du National Institute of Materials Science (NIMS) ont utilisé la microscopie électronique de Lorentz pour montrer que les skyrmions magnétiques se forment spontanément sous forme d'amas nanomagnétiques dans un oxyde de manganèse ferromagnétique avec centrosymétrie.
Les structures de vortex magnétiques récemment découvertes, connues sous le nom de skyrmions magnétiques, se sont avérées avoir des propriétés très intéressantes et sans précédent, comme un très grand effet Hall anormal et un mouvement de skyrmion sous des courants de très faible densité. Ils ont suscité l'espoir de leur application en tant que nouveaux éléments magnétiques. On pense que la formation de skyrmions nécessite l'application d'un champ magnétique à un aimant qui n'a pas de centrosymétrie.
Cependant, il a maintenant été montré pour la première fois par observation directe avec la microscopie électronique de Lorentz que les amas nanomagnétiques forment spontanément des structures de skyrmions même dans les oxydes ferromagnétiques de manganèse où les structures cristallines ont une centrosymétrie. Ce résultat suggère la possibilité que des structures de skyrmions puissent être formées même dans des amas nanomagnétiques et des nanoparticules de divers ferroaimants qui ne remplissent pas les conditions conventionnellement jugées nécessaires.
Les skyrmions observés dans cette recherche indiquent un phénomène dans lequel le vortex magnétique s'inverse à plusieurs reprises entre le sens des aiguilles d'une montre et le sens inverse des aiguilles d'une montre à une certaine température en raison de la fluctuation thermique. Il a également été trouvé, de plus, que lorsque deux skyrmions se rapprochent, ils s'inversent dans la même direction de vortex en synchronisation les uns avec les autres. Ce résultat semble apporter de nouvelles connaissances pour le développement d'éléments magnétiques utilisant l'interaction entre skyrmions.
Le résultat indique également une méthode de détermination de l'énergie nécessaire pour inverser le vortex magnétique d'amas nanomagnétiques individuels par observation au microscope électronique de Lorentz. Cette méthode pourrait potentiellement être largement appliquée avec des nano-aimants et des dispositifs nanomagnétiques pour lesquels il est difficile de déterminer l'énergie requise pour l'inversion magnétique par une mesure ordinaire.
Les résultats ont été annoncés dans l'édition en ligne anticipée de la revue scientifique britannique Nature Nanotechnologie le 29 avril, 2013.
