Pour la première fois, une équipe entièrement constituée de RIKEN a observé tout le cycle de vie de minuscules tourbillons magnétiques, révélant leur naissance, mouvement et mort. Cela sera important pour éclairer le développement de futurs dispositifs de mémoire à faible consommation basés sur ces tourbillons magnétiques.

Observé pour la première fois expérimentalement en 2009, Les skyrmions se forment lorsque les champs magnétiques des atomes d'un matériau s'organisent en structures de type tourbillon. Les skyrmions peuvent dériver comme s'il s'agissait de particules et sont prometteurs pour le transport de données dans des puces informatiques et des dispositifs de mémoire à faible consommation.

Les chercheurs ont déjà étudié le comportement des skyrmions au cours des différentes étapes de leur vie. Mais ces événements ont généralement lieu à des échelles de temps très différentes - de moins d'une nanoseconde à plusieurs microsecondes - et à des longueurs allant du nanomètre au micromètre. Cela a rendu difficile le suivi d'un skyrmion tout au long de sa vie et de comprendre comment plusieurs skyrmions interagissent au cours de cette période.

"Ce comportement déterminerait directement les performances des dispositifs de mémoire basés sur skyrmion, " note Takahiro Shimojima du RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS).

Maintenant, Shimojima et six collègues du CEMS ont étudié le skyrmion tout au long de leur vie dans un film mince de cobalt zinc manganèse.

Étant donné que les skyrmions peuvent généralement vivre plus d'un an dans ce matériau magnétique, l'équipe a ensemencé le film avec des ions gallium, introduisant des défauts aléatoires qui réduisaient la vie des skyrmions. "Cela nous a permis d'observer tout le cycle de vie du skyrmion, " dit Shimojima. " Il imite également mieux les matériaux imparfaits qui seraient utilisés dans les appareils pratiques à base de skyrmion. "

L'équipe a placé le film dans un champ magnétique et l'a étudié à l'aide d'un microscope électronique et de deux lasers capables de tirer des impulsions lumineuses nanosecondes. Le premier laser a excité l'échantillon pour générer des skyrmions, avant que le deuxième laser ne déclenche une rafale d'électrons dans le microscope pour sonder les skyrmions.

La première impulsion laser a créé un lot de skyrmions en une nanoseconde. Après environ 5 nanosecondes, ces skyrmions se sont contractés pour former des formes circulaires d'environ 160 nanomètres de large. Une fois qu'ils avaient 10 nanosecondes, les skyrmions ont commencé à se déplacer à travers le matériau. A 100 nanosecondes, ils se sont regroupés en formes hexagonales qui ont survécu pendant encore 200 nanosecondes environ, avant de s'écarter au cours des microsecondes suivantes. Finalement, les skyrmions ont commencé à fusionner les uns avec les autres, mourant environ 5 microsecondes après leur naissance.

"Ces informations devraient nous aider à comprendre les facteurs qui pourraient limiter les performances des appareils basés sur skyrmion, ", dit Shimojima. Les expériences démontrent également comment les défauts des matériaux magnétiques pourraient être utilisés pour contrôler les skyrmions dans de tels appareils.

L'équipe espère maintenant développer des dispositifs de mémoire magnétique de nouvelle génération en exploitant leur nouvelle capacité à réaliser un contrôle rapide et reproductible des skyrmions.