Encodage des données numériques sous la forme d'une séquence de bobbers magnétiques (au premier plan) et de skyrmions (plus en arrière). Crédit :Forschungszentrum Jülich/N. Kiselev
De minuscules structures de vortex magnétiques, soi-disant skyrmions, ont fait l'objet de recherches intensives depuis un certain temps pour de futurs dispositifs de stockage de données écoénergétiques et peu encombrants. Les scientifiques du Forschungszentrum Jülich ont maintenant découvert une autre classe d'objets magnétiques semblables à des particules qui pourraient faire avancer le développement de dispositifs de stockage de données de manière significative. Les particules magnétiques nouvellement découvertes permettent d'encoder des données numériques directement avec deux types d'objets magnétiques différents, à savoir avec des skyrmions et des flotteurs magnétiques - si des skyrmions sont utilisés pour coder le numéro un, alors les nouvelles structures pourraient être utilisées pour coder le nombre zéro.
Ces objets, qui sont appelés « bobbers magnétiques chiraux, " sont des structures magnétiques tridimensionnelles qui apparaissent près des surfaces de certains alliages.
"Pendant longtemps, l'unique objet de recherche dans le domaine des aimants chiraux était le skyrmion magnétique. Nous proposons maintenant un nouvel objet d'investigation par les chercheurs - un flotteur chiral - qui se caractérise par un certain nombre de propriétés uniques, " dit le Dr Nikolai Kiselev de l'Institut Peter Grünberg de Jülich (PGI-1). Il y a trois ans, avec le directeur de l'institut, le professeur Stefan Blügel et d'autres collaborateurs, ils ont prédit théoriquement l'existence de cette nouvelle classe de structures magnétiques. Maintenant, des chercheurs du Ernst Ruska-Centre for Microscopy and Spectroscopy with Electrons (Directeur Prof. Rafal E. Dunin-Borkowski et ses collègues) ont démontré expérimentalement l'existence de flotteurs chiraux dans un matériau réel.
La stabilité des structures magnétiques telles que les skyrmions est liée à une propriété du matériau connue sous le nom de chiralité. De même qu'une main droite ne peut pas être convertie en main gauche pour des raisons de symétrie, les structures magnétiques droites et gauches ne peuvent pas être converties l'une dans l'autre. Par ailleurs, les skyrmions et les flotteurs chiraux nouvellement découverts sont très petits, avec des diamètres typiquement de quelques dizaines de nanomètres seulement. Par conséquent, ils peuvent en principe être utilisés pour emballer des données de manière très dense sur une puce mémoire. Cependant, leur petite taille rend leur observation très difficile. "La visualisation d'une texture magnétique à une si petite échelle nécessite des techniques de pointe spéciales qui ne sont accessibles que dans quelques laboratoires dans le monde, " explique Rafal Dunin-Borkowski.
Le concept de mémoire de piste :les objets magnétiques passent des éléments d'écriture aux éléments de lecture. Crédit :Forschungszentrum Jülich
Il existe une autre raison importante pour laquelle les solitons magnétiques (un autre nom pour les objets semblables à des particules en physique non linéaire) tels que les skyrmions et les flotteurs chiraux sont si prometteurs pour les applications. Contrairement aux bits de données dans les disques durs, Les skyrmions sont des objets mobiles. Leur mouvement le long d'une piste de guidage dans une puce peut être induit par une très faible impulsion de courant électrique. Cette propriété offre de nouvelles opportunités pour le développement d'un tout nouveau concept de mémoire magnétique à semi-conducteurs, la mémoire d'hippodrome skyrmion. "La mobilité des skyrmions permet aux données de passer des éléments d'écriture aux éléments de lecture sans avoir besoin de pièces mécaniques mobiles telles que des têtes de lecture et d'écriture et le disque dur tournant lui-même, " explique Nikolai Kiselev. Cette capacité permet d'économiser de l'énergie car les composants qui se déplacent nécessitent généralement plus d'énergie, occupent plus d'espace et ont tendance à être sensibles aux vibrations et aux chocs mécaniques. Une nouvelle mémoire magnétique à semi-conducteurs serait exempte de tels inconvénients.
"Jusqu'à maintenant, il était supposé que les données numériques devraient en quelque sorte être représentées comme une séquence de skyrmions et d'espaces vides, " explique Stefan Blügel. La distance entre les skyrmions successifs code alors une information binaire. Cependant, il doit alors être contrôlé ou quantifié, afin qu'aucune information ne soit perdue par dérive spontanée des skyrmions. Au lieu, les particules magnétiques tridimensionnelles nouvellement découvertes offrent des possibilités d'encoder des données numériques directement sous forme de séquence de skyrmions et de flotteurs magnétiques, qui peuvent chacune circuler librement sans avoir besoin de maintenir des distances précises entre les porteuses de bits de données successives.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer des applications pratiques. Dans l'alliage fer-germanium étudié par Nikolai Kiselev et ses collègues, les structures ne sont stables que jusqu'à 200 Kelvin, ce qui correspond à -73,5 degrés Celsius. Cependant, sur la base de considérations théoriques, il est prévu que des flotteurs magnétiques peuvent également se produire dans d'autres aimants chiraux et, comme certaines espèces de skyrmions récemment découvertes, peut également exister à température ambiante.
