De minuscules spirales de magnétisme appelées skyrmions pourraient être utilisées comme supports de données à très haute densité et à haut rendement énergétique.

Jarvis Loh, Gan Chee Kwan et Khoo Khoong Hong de l'Agence pour la science, Technology and Research (A*STAR) Institute of High Performance Computing, Singapour, ont modélisé ces minuscules spirales de spin dans des couches de cristaux nanoscopiques. Ils ont découvert que l'alternance de couches de siliciure de manganèse (MnSi) et de siliciure de cobalt (CoSi) forme une architecture matérielle prometteuse.

"Les skyrmions sont des entités nanométriques, quelques dizaines de nanomètres, ils promettent donc une densité de stockage plus élevée que la technologie actuelle, " dit Gan.

Le stockage basé sur skyrmions représenterait des données binaires telles que « 1 et « 0 » comme des spirales de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, respectivement. Les skyrmions peuvent améliorer l'efficacité énergétique car ils peuvent être créés et manipulés avec des courants nettement inférieurs à ceux requis pour la technologie conventionnelle des disques durs magnétiques.

Des skyrmions avaient été observés expérimentalement dans du siliciure de manganèse, incitant l'équipe à explorer des simulations de siliciure de manganèse sous sa forme vierge et en combinaison avec des matériaux similaires.

L'équipe a sélectionné le siliciure de cobalt parce que le cobalt est proche du manganèse dans le tableau périodique, et ses caractéristiques de réseau similaires signifient qu'il devrait bien se combiner avec le siliciure de manganèse. Le cobalt a également de fortes propriétés magnétiques :il est ferromagnétique.

Les simulations de l'équipe ont montré que le couplage du siliciure de cobalt au siliciure de manganèse permet de fabriquer des spirales de spin dans le siliciure de manganèse. "Ce qui est intéressant, c'est que nous pouvons maintenant faire varier la taille des skyrmions de manière simple et élégante, " Loh dit.

Au centre du skyrmion, le spin magnétique des atomes est inversé de 180 degrés par rapport au spin sur son bord extérieur; entre le bord et le centre les vrilles basculent progressivement entre les deux extrêmes. La capacité du matériau à supporter une inclinaison relative élevée entre les atomes voisins dans le réseau est critique dans la taille des skyrmions, ce qui permet au skyrmion d'être emballé dans une plus petite spirale.

L'équipe a découvert que l'ajout de couches de siliciure de cobalt aux couches de siliciure de manganèse augmentait l'inclinaison relative possible. Cependant, il existe une limite supérieure - pour les couches de siliciure de cobalt, le double de l'épaisseur du siliciure de manganèse, le matériau a cessé de supporter des skyrmions et est passé à un comportement ferromagnétique plus conventionnel.

L'un des attraits des skyrmions en tant que support de stockage de données est leur robustesse, dit Loh. "Contrairement au stockage magnétique actuel, Les skyrmions sont résistants aux défauts du réseau. Ils sont topologiquement protégés."

L'équipe prévoit d'appliquer son approche réussie à d'autres architectures potentielles, comme les nanofils.