Des scientifiques du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie ont découvert la dynamique de relaxation d'un état de champ zéro dans les skyrmions, un phénomène magnétique de rotation qui a des applications potentielles dans le stockage de données et les dispositifs spintroniques.

Les skyrmions sont des tourbillons ou des tourbillons à l'échelle nanométrique de pôles magnétiques qui forment des réseaux à l'intérieur d'un matériau magnétique, un type de quasiparticule qui peut traverser le matériau, poussé par le courant électrique. Ces propriétés ont capturé la fascination des scientifiques, qui pensent que le phénomène pourrait conduire à la prochaine grande avancée dans le stockage de données, rendre la technologie numérique encore plus rapide et plus petite.

Il y a de grands défis à surmonter, toutefois. Jusqu'à récemment, les skyrmions n'étaient un phénomène observé qu'à des températures extrêmement basses. Aussi, les forces magnétiques externes les rendent actuellement peu pratiques pour les applications.

"Afin d'être vraiment utile dans un appareil, ces tourbillons magnétiques doivent pouvoir exister sans « l'aide » d'un champ magnétique externe, " dit Lin Zhou, un scientifique de la division des sciences et de l'ingénierie des matériaux du laboratoire Ames.

Dans cet esprit, elle et d'autres chercheurs du laboratoire Ames ont étudié FeGe, un matériau magnétique fer-germanium qui a démontré des skyrmions dans les plages de température les plus élevées à ce jour dans des cristaux avec un similaire, ou structure B20.

Les scientifiques d'Ames Lab avec des collaborateurs externes ont pu établir un réseau de skyrmions dans un échantillon par exposition à des champs magnétiques et surfusion avec de l'azote liquide. Avec une méthode de microscopie à haute résolution appelée microscopie électronique à transmission de Lorentz (L-TEM), l'équipe a pu observer le réseau skyrmion dans un champ magnétique nul, puis observez la désintégration des skyrmions à mesure que la température se réchauffait. Cette observation directe a fourni de nouvelles informations essentielles sur le comportement des skyrmions et leur retour à un état magnétique «normal» (ce que les scientifiques appellent métastable).

"Nous avons stabilisé ces skyrmions sans champ magnétique, et nos techniques de microscopie nous ont permis de vraiment voir comment les tourbillons évoluent dans le temps, Température, et champ magnétique; nous pensons qu'il fournit une base très solide aux théoriciens pour mieux comprendre ce phénomène, " dit Zhou.

La recherche est discutée plus en détail dans le document, "Dynamique de relaxation des skyrmions à champ zéro sur une large plage de températures, " rédigé par Licong Peng, Ying Zhang, Liqin Ke, Tae Hoon Kim, Qiang Zheng, Jiaqiang Yan, X.-G. Zhang, Yang Gao, Shouguo Wang, Jianwang Cai, Boagen Shen, Robert J. McQueeney, Adam Kaminski, Matthieu J. Kramer, et Lin Zhou; et publié dans Lettres nano .