Nanovortex magnétiques, soi-disant "skyrmions", comptent parmi les candidats les plus prometteurs pour l'avenir des technologies de l'information. Les processeurs et supports de stockage utilisant ces structures minuscules pourraient un jour conduire à une miniaturisation accrue des appareils informatiques et améliorer considérablement leur efficacité énergétique. Les matériaux possédant des tourbillons adaptés peuvent être identifiés notamment par leur charge topologique, une caractéristique essentielle des skyrmions. Déterminer expérimentalement cette propriété a été jusqu'à présent un processus très laborieux. Des physiciens de Jülich ont maintenant proposé une méthode plus simple qui pourrait accélérer le criblage de matériaux appropriés, à l'aide de rayons X.

Le moment magnétique d'un atome a deux contributions, la partie rotation, qui résulte de l'alignement du moment angulaire de spin intrinsèque des électrons, et la partie orbitale, lié au mouvement orbital coordonné des électrons. Le premier est la source dominante du moment magnétique des atomes dans un solide, tandis que ce dernier se trouve généralement lorsque le couplage spin-orbite est actif. Cependant, il y a quelques années, on a découvert que – même sans couplage spin-orbite – un moment orbital peut être fini. Pour y arriver, au moins trois atomes magnétiques doivent être combinés, former un trimère à structure magnétique non colinéaire et non plane.

Une équipe de physiciens théoriciens du Jülich Institute "Quantum Theory of Materials" (PGI-1/IAS-1) a maintenant analysé en détail l'effet de tels trimères magnétiques, et examiné les conséquences pour les skyrmions. Les scientifiques proposent un protocole sur la façon de sonder cette contribution au magnétisme orbital, et en plus, comment l'utiliser pour détecter et distinguer différents types de skyrmions. "L'une des quantités les plus importantes caractérisant le skyrmion est la charge topologique, également connu sous le nom de « numéro skyrmion »", explique le Dr Manuel dos Santos Dias, Post-doctorat dans le Young Investigators Group de l'institut "Functional Nanoscale Structure Probe and Simulation Laboratory" (Funsilab). "Une mesure directe de la charge topologique a été difficile, car cela nécessite une carte détaillée de la structure magnétique tridimensionnelle ou la recherche de certaines signatures dans des expériences de transport. Par conséquent, très peu d'expériences ont été entreprises. Les skyrmions avec une structure interne plus riche ont également attiré l'attention récemment, et notre protocole proposé permet naturellement sa détermination expérimentale."

Juin-Prof. Samir Lounis, responsable du Funsilab, ajoute :« Nous proposons une approche spectroscopique utilisant le dichroïsme circulaire magnétique aux rayons X pour mesurer cette quantité rapidement et efficacement. La technique pourrait être mise en œuvre dans n'importe quel synchrotron couvrant le régime des rayons X mous.