Les physiciens ont découvert une approche beaucoup plus rapide pour créer un motif de spins dans un aimant. Ce raccourci ouvre un nouveau chapitre dans la recherche topologique. Cette découverte offre également une méthode supplémentaire pour obtenir un stockage de données magnétiques plus efficace. La recherche sera publiée le 5 octobre dans Matériaux naturels .

Les physiciens ont déjà démontré que la lumière laser peut créer un motif de spins magnétiques. Maintenant, ils ont découvert une nouvelle route qui permet de le faire beaucoup plus rapidement, en moins de 300 picosecondes (une picoseconde est un millionième de millionième de seconde). C'est beaucoup plus rapide qu'on ne le pensait auparavant.

Utile pour le stockage de données :skyrmions

Les aimants se composent de nombreux petits aimants, qui s'appellent des tours. Normalement, tous les tours pointent dans la même direction, qui détermine les pôles nord et sud de l'aimant. Mais les directions des spins forment parfois des configurations de type vortex connues sous le nom de skyrmions.

"Ces skyrmions dans des aimants pourraient être utilisés comme un nouveau type de stockage de données, " explique Johan Mentink, physicien à l'université Radboud. Depuis plusieurs années, Les scientifiques de Radboud ont recherché des moyens optimaux de contrôler le magnétisme avec la lumière laser et de l'utiliser finalement pour un stockage de données plus efficace. Dans cette technique, de très courtes impulsions lumineuses sont tirées sur un matériau magnétique. Cela inverse les spins magnétiques dans le matériau, qui change un peu d'un 0 à un 1.

"Une fois que les tours magnétiques prennent la forme d'un vortex d'un skyrmion, cette configuration est difficile à effacer, " dit Mentink. " De plus, ces skyrmions ne mesurent que quelques nanomètres (un milliardième de mètre), vous pouvez donc stocker beaucoup de données sur un tout petit morceau de matériel."

Raccourci

La transition de phase entre ces deux états dans un aimant - tous les spins pointant dans une direction vers un skyrmion - est comparable à une route au-dessus d'une haute montagne. Les chercheurs ont découvert que vous pouvez prendre un raccourci à travers la montagne en chauffant le matériau très rapidement avec une impulsion laser. Ainsi, le seuil de transition de phase devient plus bas pendant un temps très court.

Un aspect remarquable de cette nouvelle approche est que le matériau est d'abord amené dans un état très chaotique, dans lequel la topologie, qui peut être considérée comme le nombre de skyrmions dans le matériau, fluctue fortement. Les chercheurs ont découvert cette approche en combinant les rayons X générés par le laser à électrons libres européen à Hambourg avec des simulations de microscopie électronique et de dynamique de spin extrêmement avancées. « Cette recherche a donc nécessité un énorme travail d'équipe, " dit Mentink.

Nouvelles possibilités

Cette découverte fondamentale a ouvert un nouveau chapitre dans la recherche en topologie. Mentink s'attend à ce que de nombreux autres scientifiques commencent maintenant à rechercher des moyens similaires de «prendre un raccourci à travers la montagne» dans d'autres matériaux.

Cette découverte permet également de nouvelles approches pour créer un stockage de données plus rapide et plus efficace. Il y a un besoin croissant pour cela, par exemple en raison du gigantesque, des centres de données énergivores qui sont nécessaires pour le stockage massif de données dans le cloud. Les skyrmions magnétiques peuvent apporter une solution à ce problème. Parce qu'ils sont très petits et peuvent être créés très rapidement avec la lumière, beaucoup d'informations peuvent potentiellement être stockées très rapidement et efficacement sur une petite zone.