Les scientifiques ont utilisé l'impression 3D et la microscopie de pointe pour donner un nouvel aperçu de ce qui se passe lorsque les aimants sont en trois dimensions à l'échelle nanométrique - 1000 fois plus petits qu'un cheveu humain.

L'équipe internationale dirigée par le laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge a utilisé une technique d'impression 3D avancée qu'elle a développée pour créer des doubles hélices magnétiques, comme la double hélice de l'ADN, qui s'enroulent l'une autour de l'autre, combinant courbure, chiralité et fortes interactions de champ magnétique entre les hélices. Ce faisant, les scientifiques ont découvert que ces doubles hélices magnétiques produisent des textures topologiques à l'échelle nanométrique dans le champ magnétique, quelque chose qui n'avait jamais été vu auparavant, ouvrant la porte à la prochaine génération de dispositifs magnétiques. Les résultats sont publiés dans Nature Nanotechnology .

Les appareils magnétiques ont un impact sur de nombreuses parties de nos sociétés, les aimants sont utilisés pour la production d'énergie, pour le stockage de données et l'informatique. Mais les dispositifs informatiques magnétiques approchent rapidement de leur limite de rétrécissement dans les systèmes bidimensionnels. Pour la prochaine génération d'informatique, il existe un intérêt croissant pour le passage à trois dimensions, où non seulement des densités plus élevées peuvent être atteintes avec des architectures de nanofils 3D, mais où les géométries tridimensionnelles peuvent modifier les propriétés magnétiques et offrir de nouvelles fonctionnalités.

"Il y a eu beaucoup de travail autour d'une technologie encore à établir appelée mémoire de course, d'abord proposée par Stuart Parkin. L'idée est de stocker des données numériques dans les parois du domaine magnétique des nanofils pour produire des dispositifs de stockage d'informations avec une grande fiabilité. , performance et capacité », a déclaré Claire Donnelly, première auteure de l'étude du laboratoire Cavendish de Cambridge, qui a récemment rejoint l'Institut Max Planck de physique chimique des solides.

"Mais jusqu'à présent, cette idée a toujours été très difficile à réaliser, car nous devons être capables de réaliser des systèmes magnétiques tridimensionnels et nous devons également comprendre l'effet du passage aux trois dimensions à la fois sur l'aimantation et sur le champ magnétique. "

"Ainsi, au cours des dernières années, nos recherches se sont concentrées sur le développement de nouvelles méthodes pour visualiser des structures magnétiques en trois dimensions - pensez à un scanner dans un hôpital, mais pour des aimants. Nous avons également développé une technique d'impression 3D pour les matériaux magnétiques."

Les mesures 3D ont été réalisées sur la ligne de lumière PolLux de la Source de Lumière Suisse de l'Institut Paul Scherrer, actuellement la seule ligne de lumière capable d'offrir la laminographie à rayons X mous. En utilisant ces techniques avancées d'imagerie par rayons X, les chercheurs ont observé que la structure 3D de l'ADN conduit à une texture différente dans l'aimantation par rapport à ce qui est vu en 2D. Les paires de parois entre les domaines magnétiques (régions où l'aimantation pointe toutes dans la même direction) dans les hélices voisines sont fortement couplées et, par conséquent, se déforment. Ces parois s'attirent et, en raison de la structure 3D, tournent, "se verrouillent" en place et forment des liaisons solides et régulières, similaires aux paires de bases de l'ADN.

"Nous avons non seulement découvert que la structure 3D conduit à des nanotextures topologiques intéressantes dans l'aimantation, où nous sommes relativement habitués à voir de telles textures, mais aussi dans le champ magnétique parasite, qui a révélé de nouvelles configurations de champ à l'échelle nanométrique passionnantes !" dit Donnelly.

"Cette nouvelle capacité à modéliser le champ magnétique à cette échelle de longueur nous permet de définir quelles forces seront appliquées aux matériaux magnétiques et de comprendre jusqu'où nous pouvons aller avec la modélisation de ces champs magnétiques. Si nous pouvons contrôler ces forces magnétiques à l'échelle nanométrique, nous nous rapprochons du même degré de contrôle que nous avons en deux dimensions."

"Le résultat est fascinant - les textures de la double hélice semblable à l'ADN forment des liens solides entre les hélices, déformant ainsi leur forme", a expliqué l'auteur principal Amalio Fernandez-Pacheco, ancien chercheur de Cavendish, qui travaille maintenant à l'Institut des nanosciences et Matériaux d'Aragon. "Mais ce qui est plus excitant, c'est qu'autour de ces liaisons se forment des tourbillons dans le champ magnétique, des textures topologiques !"

Après être passé de deux à trois dimensions en termes de magnétisation, Donnelly et ses collaborateurs de l'Institut Paul Scherrer et des universités de Glasgow, Saragosse, Oviedo et Vienne vont explorer tout le potentiel du passage de deux à trois dimensions en termes de le champ magnétique.

« Les perspectives de ce travail sont multiples :ces textures fortement liées dans les hélices magnétiques promettent un mouvement très robuste et pourraient être un vecteur potentiel d'informations », a déclaré Fernandez-Pacheco. "Encore plus excitant est ce nouveau potentiel de modeler le champ magnétique à l'échelle nanométrique, cela pourrait offrir de nouvelles possibilités pour le piégeage des particules, les techniques d'imagerie ainsi que les matériaux intelligents." + Explorer plus loin

Regarder des nano "tornades" magnétiques en 3D