Les objets tourbillonnants appelés vortex magnétiques et skyrmions peuvent être miniaturisés sans sacrifier la mobilité, a découvert une équipe de recherche internationale dirigée par la KAUST. Ces découvertes sont pertinentes pour les futures technologies de mémoire « piste de course » qui présentent des densités massives de bits magnétiques mobiles.

Dans des films magnétiques nanométriques, tels que les alliages fer-nickel, la région séparant deux domaines ou défauts magnétiques peut adopter de minuscules motifs de type tourbillon. Certains de ces modèles, appelé skyrmions, résister à l'effilochage même lorsqu'ils sont emballés étroitement ensemble, et ils peuvent également être dirigés avec de petits courants électriques. Ces caractéristiques ont fait des skyrmions des cibles attrayantes pour la recherche sur les dispositifs de mémoire à haute capacité. Un concept zippe des skyrmions autour d'une boucle puis passe devant une tête de lecture/écriture stationnaire pour éliminer le besoin de composants mécaniques utilisés dans les disques durs d'aujourd'hui.

Aurélien Manchon, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université, note que l'une des principales raisons de l'attrait des skyrmions est leur capacité à éviter les défauts ou les taches inégales dans les films minces qui normalement piégeraient ou "épingleraient" une charge magnétique. Cependant, cette agilité est compromise lorsque les chercheurs tentent de réduire les skyrmions à la plus petite taille possible.

Pour améliorer ces appareils, Manchon et des collaborateurs internationaux ont tenté de comprendre le transfert de quantité de mouvement fondamental entre les courants de charge et les tourbillons magnétiques.

En utilisant des rayons X intenses générés à la source lumineuse avancée de l'université de Berkeley, l'équipe a capturé des images résolues dans le temps de motifs de tourbillons appelés vortex magnétiques alors qu'ils tournaient le long d'une piste en demi-anneau d'un nanomètre de large. En localisant la position du noyau du vortex à partir de la séquence d'imagerie, ils ont obtenu des données précises sur un paramètre, connu sous le nom de couple de transfert de spin non adiabatique, ce qui est crucial pour les manipulations électriques.

Étonnamment, le couple non adiabatique mesuré était bien supérieur aux valeurs prédites par les modèles existants. Pour tenir compte de cet écart, une analyse théorique de Manchon a montré que la torsion supplémentaire était fournie par une autre force - l'effet Hall émergent, qui se produit lorsque les électrons traversent un tourbillon magnétique.

"En un mot, les électrons subissent une force qui les pousse latéralement, mais cela ne vient pas de l'aimantation locale elle-même; au lieu de cela, il découle de la topologie de la texture magnétique, " a expliqué Manchon. " Cet effet produit un courant polarisé en spin supplémentaire qui exerce un couple sur le bain à remous. "

Les chercheurs ont découvert que le couple non adiabatique supplémentaire s'intensifie lorsque la taille du tourbillon est réduite, une force motrice qui peut offrir un moyen de surmonter l'épinglage des défauts à l'échelle nanométrique. "Cela pourrait être un compromis intéressant à rechercher, en particulier dans le contexte du stockage de données basé sur skyrmion, " ajouta Manchon.