Les (anti)skyrmions magnétiques sont des tourbillons microscopiquement petits que l'on trouve dans des classes spéciales de matériaux magnétiques. Ces nano-objets pourraient être utilisés pour héberger des données numériques par leur présence ou leur absence dans une séquence le long d'une piste magnétique. Une équipe de scientifiques des instituts Max Planck (MPI) de physique des microstructures à Halle et de physique chimique des solides à Dresde et de l'université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) a maintenant fait le constat que les skyrmions et les antiskyrmions peuvent coexister, entraînant la possibilité d'étendre leurs capacités dans les périphériques de stockage. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Communication Nature .

Avec les volumes toujours croissants de données numériques provenant du nombre croissant d'appareils, la demande de capacité de stockage de données a considérablement augmenté au cours des dernières années. Les technologies de stockage conventionnelles peinent à suivre. À la fois, la consommation d'énergie sans cesse croissante de ces appareils—disques durs (HDD) et mémoires vives (RAM)—est en contradiction avec un paysage énergétique « vert ». Il faut des appareils entièrement nouveaux qui offrent de meilleures performances avec une consommation d'énergie considérablement réduite.

Une proposition prometteuse est le dispositif de stockage de mémoire de piste de course magnétique. Il se compose de bandes magnétiques nanoscopiques (les hippodromes) dans lesquelles les données sont encodées dans des nano-objets magnétiques, généralement par leur présence ou leur absence à des postes spécifiés. Un nano-objet possible est un (anti)skyrmion magnétique :il s'agit d'un tourbillon d'aimantation extrêmement stable dont la taille peut varier du micromètre au nanomètre. Ces objets peuvent être écrits et supprimés, lire et, le plus important, déplacé par les courants, permettant ainsi à l'hippodrome d'être exploité sans aucune pièce mobile. "En empilant plusieurs hippodromes, l'un sur l'autre, pour créer un dispositif de stockage de mémoire tridimensionnel intrinsèquement, la capacité de stockage peut être considérablement augmentée par rapport aux disques SSD et même aux disques durs. De plus, un tel dispositif de mémoire de course fonctionnerait à une fraction de la consommation d'énergie des dispositifs de stockage conventionnels. Ce serait beaucoup plus rapide, et serait beaucoup plus compact et fiable, " explique le Pr Stuart Parkin, directeur du MPI de physique des microstructures à Halle et professeur Alexander von Humboldt à la MLU.

"Les skyrmions et les antiskyrmions sont des tourbillons magnétiques 'opposés'. Cependant, jusque récemment, on pensait que ces deux objets distincts ne pouvaient exister que dans différentes classes de matériaux. " explique le professeur Ingrid Mertig de l'institut de physique de MLU. L'équipe de recherche des instituts Max Planck de Halle et de Dresde et du MLU a maintenant découvert que les antiskyrmions et Les skyrmions peuvent coexister sous certaines conditions dans le même matériau. Dr Börge Göbel, membre du groupe de recherche de Mertig, a fourni l'explication théorique des observations expérimentales inattendues qui ont été effectuées par Jagannath Jena dans le groupe de Parkin. Les matériaux monocristallins mesurés, Composés Heusler, ont été préparés par le Dr Vivek Kumar dans le groupe du professeur Claudia Felser au MPI de Dresde.

Les skyrmions et les antiskyrmions sont stabilisés dans différents matériaux par une interaction magnétique directement liée à la structure du matériau hôte. Dans certains matériaux, seuls des skyrmions peuvent se former, tandis que dans d'autres matériaux, les antiskyrmions sont énergétiquement préférés par cette interaction. Cependant, ce qui était auparavant négligé, c'est que les aimants individuels dans chaque matériau (les "dipôles magnétiques") interagissent également de manière significative les uns avec les autres via leur interaction dipôle-dipôle. Cette interaction préfère toujours les skyrmions. Pour cette raison, même les "matériaux antiskyrmions" peuvent exposer des skyrmions (mais pas l'inverse). Cela se produit de préférence lorsque la température est abaissée. A une température de transition critique, les deux objets distincts coexistent.

Outre sa pertinence fondamentale, cette découverte permet une version avancée du stockage des données de la mémoire de l'hippodrome, où une séquence de bits pourrait, par exemple, être codé par une séquence de skyrmions (bit '1') et d'antiskyrmions (bit '0'). Ce concept serait plus fiable que les hippodromes conventionnels.