C'est un phénomène familier :si une toupie est heurtée ou mise en rotation sur une surface inclinée, il ne se déplace généralement pas en ligne droite, mais écrit à la place une série de petits arcs. Des chercheurs de la Technische Universität Berlin et de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) ainsi que des équipes de recherche des Pays-Bas et de la Suisse ont maintenant réussi à capturer et à enregistrer ce modèle de mouvement dans un système à couche mince magnétique - sous la forme de petits nanovortex magnétiques. Ce faisant, les chercheurs ont fait une nouvelle découverte :les nanovortex possèdent une masse. L'article sera publié dans la revue scientifique de renom Physique de la nature .

"Avec l'aide de champs magnétiques, nous pouvons créer sélectivement les nanovortex magnétiques, puis donnez-leur un coup de coude pour qu'ils soient déviés de leur position d'équilibre", explique le Dr Felix Büttner, qui a poursuivi cette recherche comme son doctorat. projet. "Nous avons alors pu suivre très précisément comment ces skyrmions, comme ces nanovortex spéciaux sont appelés, revenir à leur position de repos", Büttner explique plus loin. Les tourbillons sont formés dans un système magnétique de multicouches en couches minces, où des couches alternées composées d'un alliage cobalt-bore et de platine sont empilées les unes sur les autres. Chaque couche individuelle a une épaisseur inférieure à un nanomètre. Cette disposition permet aux chercheurs d'adapter très précisément les propriétés magnétiques du système, permettant aux skyrmions d'exister. Le diamètre de ces tourbillons magnétiques ne dépasse pas 100 nanomètres. C'est environ 1/1000ème du diamètre d'un cheveu humain.

Des techniques spéciales ont permis aux chercheurs de suivre les mouvements des skyrmions avec une précision supérieure à quelques nanomètres à des pas de temps individuels espacés de moins d'une nanoseconde. Cela a été facilité par des techniques d'enregistrement holographique utilisant des impulsions de rayons X intenses de la source synchrotron BESSY II à Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Ces techniques d'enregistrement holographique ont été développées et améliorées par le groupe de recherche TU Berlin "Optique nanométrique et diffusion des rayons X" en collaboration avec HZB sur un certain nombre d'années, un effort conjoint dirigé par le professeur Stefan Eisebitt de TU Berlin.

Ce que Büttner et ses collaborateurs ont observé dans les hologrammes aux rayons X était remarquable :"Semblable à cogner une toupie, le nanovortex ne se déplace pas en ligne droite, mais plutôt le long d'une trajectoire en spirale", explique Buttner. "En comparant nos mesures avec les calculs du modèle, nous avons pu déterminer que ce mouvement en forme de spirale ne peut être expliqué que si le skyrmion a une masse."

C'est une découverte importante, puisque les nanovortex observés ici ne représentent qu'un type spécial de skyrmions trouvés dans la nature. "Autrefois, skyrmions étaient souvent décrits comme étant sans masse", explique Christoforos Moutafis de l'Institut Paul Scherrer, qui a longtemps été impliqué dans la description théorique de ces types de structures. Maintenant, l'application du concept de masse à de telles particules, comme établi par ce travail, contribuera également à la compréhension d'autres types de skyrmions, comme le soulignent les chercheurs dans la célèbre revue scientifique Physique de la nature .

Il pourrait également y avoir des applications tangibles pour ces nanovortex magnétiques au sein de couches magnétiques minces - ils sont déjà discutés aujourd'hui en tant que support d'information alternatif dans le traitement et le stockage des données. Les chercheurs soupçonnent qu'en raison de leur "propriété skyrmion", ces bits (unités d'information) peuvent être stockés de manière plus dense et transférés de manière plus fiable qu'à l'heure actuelle. Les nouvelles connaissances sur le comportement de skyrmion pourraient contribuer à la réalisation de ces types de nouveaux concepts pour le traitement de l'information.