Maintenant, de minuscules tourbillons magnétiques – appelés skyrmions – sont considérés comme des candidats prometteurs pour les bits dans les futurs dispositifs de stockage de données robustes et compacts. À l'Université de Hambourg, ces structures magnétiques exotiques ont récemment été découvertes dans des couches magnétiques ultrafines et des multicouches, similaires à ceux utilisés dans les disques durs et les capteurs magnétiques actuels. Cependant, jusqu'à présent, un aimant supplémentaire était nécessaire pour la lecture des skyrmions. Maintenant, des chercheurs de l'Université de Hambourg et de la Christian-Albrechts-Universität de Kiel ont démontré que les skyrmions peuvent être détectés beaucoup plus facilement en raison d'un changement radical de la résistance électrique dans ces tourbillons magnétiques. Pour les futurs concepts de stockage de données, cela promet une simplification significative en termes de fabrication et d'exploitation.

Des tourbillons stables dans les matériaux magnétiques (voir figure) ont été prédits il y a plus de 25 ans, mais la réalisation expérimentale n'a été réalisée que récemment. La découverte de tels skyrmions dans des films magnétiques minces et multicouches, déjà utilisé dans la technologie d'aujourd'hui, et la possibilité de déplacer ces skyrmions à de très faibles densités de courant électrique, a ouvert la perspective de les utiliser comme bits dans de nouveaux dispositifs de stockage de données.

Jusqu'à présent, les tourbillons magnétiques individuels étaient détectés soit par microscopie électronique, soit par le changement de résistance dans un contact tunnel avec une sonde magnétique. À l'aide d'un microscope à effet tunnel, des chercheurs de l'Université de Hambourg ont désormais pu démontrer que la résistance change également lorsqu'un métal non magnétique est utilisé dans une telle mesure. "Dans notre expérience, nous pouvons déplacer une pointe métallique sur une surface avec une précision à l'échelle atomique, et de cette façon nous pouvons mesurer la résistance à différentes positions dans un skyrmion' dit Christian Hanneken, un doctorant dans le groupe du Prof. Roland Wiesendanger. Ceci permet la preuve de la résistance variant localement dans le tourbillon magnétique. « Nous avons trouvé un changement de résistance allant jusqu'à 100 %, permettant un schéma de détection simple pour skyrmions', comme l'explique le Dr Kirsten von Bergmann.

En collaboration avec des physiciens théoriciens de l'Université de Kiel, les chercheurs ont pu identifier l'origine du changement de résistance dans le tourbillon magnétique :il est dû à l'inclinaison entre les aimants atomiques d'un atome à l'autre (voir figure). Plus l'angle entre les aimants atomiques adjacents est grand, plus le changement de résistance électrique est fort. 'Les électrons ont une rotation, et ainsi ils interagissent avec les structures magnétiques', déclare le professeur Stefan Heinze de l'Université de Kiel. Lorsque les électrons voyagent dans un tourbillon magnétique, ils sentent l'inclinaison entre les aimants atomiques, entraînant un changement de résistance locale du matériau. « Nous avons pu comprendre cet effet en effectuant des simulations numériques approfondies des propriétés électroniques et développé un modèle simple pour cet effet », comme l'explique le doctorant Fabian Otte.

Dans les applications futures, cet effet nouvellement découvert pourrait être exploité pour lire les bits skyrmioniques d'une manière simple. La possibilité d'utiliser des électrodes métalliques arbitraires simplifie considérablement la fabrication et le fonctionnement de ces nouveaux dispositifs de stockage.