L'introduction de la topologie, une branche des mathématiques se concentrant sur les propriétés des « nœuds, ' en physique a inspiré des concepts révolutionnaires tels que les phases topologiques de la matière et les transitions de phases topologiques, qui lui a valu le prix Nobel de physique en 2016.

skyrmions magnétiques, spin "nano-tornados" nommé d'après le physicien des particules Tony Skyrme, avec une topologie unique (configurations de bobinage), ont attiré une attention croissante au cours de la dernière décennie en raison à la fois de leur importance en physique fondamentale et de leurs applications prometteuses dans le stockage magnétique de nouvelle génération. Ces nano-tornades, également connu sous le nom de quasi-particules (par opposition aux particules de matière réelle comme les atomes et les électrons), peut former des structures cristallines, c'est-à-dire ils s'arrangent de manière périodique et symétrique de la même manière que les atomes dans un cristal de quartz.

À partir d'expériences de la vie quotidienne, nous savons qu'un solide cristallin, comme la glace, peut fondre en chauffant. On peut également avoir noté que toutes ces transitions de fusion se produisent en une seule étape, c'est-à-dire de l'état solide directement à l'état liquide. Dans le cadre d'une transition de phase topologique dans un cristal très mince, cependant, un processus de fusion peut prendre deux étapes, via une phase topologique appelée phase hexatique. A quoi ressemble une telle phase topologique, et comment se passe ce processus de fusion ?

Maintenant, Les physiciens de l'EPFL ont trouvé un moyen de visualiser l'ensemble du processus de fusion, comme indiqué récemment dans Nature Nanotechnologie . Des chercheurs du Laboratoire de magnétisme quantique (LQM), Laboratoire de Microscopie Ultrarapide et de Diffusion Electronique (LUMES), Le Centre Interdisciplinaire de Microscopie Électronique (CIME) et Crystal Growth Facility ont démontré que les cristaux de skyrmion dans le composé Cu 2 OSeO 3 peut être fondu en faisant varier le champ magnétique en deux étapes, avec chaque étape associée à un type spécifique de défauts topologiques.

Les chercheurs ont utilisé une technique de pointe appelée microscopie électronique à transmission de Lorentz (LTEM) qui permet d'imager des textures magnétiques à une résolution nanométrique pour visualiser des skyrmions incrustés dans une très fine plaque de Cu. 2 OSeO 3 cristal à -250 degrés Celsius. Ils ont enregistré des images et des vidéos massives en faisant varier le champ magnétique. Par une analyse quantitative complète, deux phases inédites, la phase hexatique skyrmion et la phase liquide skyrmion, ont été démontrés. Les nouvelles phases de la matière portent souvent les opportunités de nouvelles fonctionnalités, et ce travail, en les visualisant clairement, ouvre la voie à la poursuite de la recherche et du développement.