Des chercheurs de l’Université d’Augsbourg et de l’Université de Vienne ont découvert des skyrmions et des antiskyrmions magnétiques coexistants de charge topologique arbitraire à température ambiante dans des films minces multicouches magnétiques de Co/Ni. Leurs résultats ont été publiés dans Nature Physics et ouvre la possibilité d'un nouveau paradigme dans la recherche sur la skyrmionique.
La découverte de nouveaux objets de spin dotés d'une charge topologique arbitraire promet de contribuer aux progrès de la recherche fondamentale et appliquée, notamment grâce à leur application dans les dispositifs de stockage d'informations.
Les skyrmions magnétiques sont des textures de spin magnétique topologique stables et localisées ressemblant à un tourbillon semblable à une tornade dans un matériau magnétique. Ils peuvent être très petits, avec des diamètres de l'ordre du nanomètre, et se comporter comme des particules qui peuvent être déplacées, créées et annihilées, ce qui les rend adaptés aux applications de type « boulier » dans le stockage d'informations et les dispositifs logiques.
Dans leur article dans Nature Physics , intitulé "Skyrmions dipolaires et antiskyrmions de charge topologique arbitraire à température ambiante", un groupe de chercheurs de l'Université d'Augsbourg dirigé par le professeur Manfred Albrecht démontre que ces objets de spin ne peuvent être trouvés que dans une poche de phase distincte dans le diagramme de stabilité où le facteur de qualité Q a une valeur d'environ 1, qui est donnée par le rapport entre l'anisotropie magnétique uniaxiale et l'anisotropie de forme magnétique.
Grâce à des simulations approfondies réalisées par Sabri Koraltan et ses collègues du groupe de simulation de l'Université de Vienne, dirigé par le professeur Dieter Suess et soutenu par le Dr Nikolai Kiselev du Forschungszentrum Jülich, les chercheurs ont également pu identifier les raisons exactes pour lesquelles le spin les objets peuvent être trouvés dans le diagramme de stabilité, leur processus de formation sous-jacent, ainsi que les propriétés matérielles nécessaires qui peuvent désormais également être appliquées à d'autres systèmes matériels.
"Nous sommes très enthousiasmés par les connaissances passionnantes acquises grâce à la découverte de ces objets de spin, qui peuvent être facilement fabriqués à température ambiante. Il s'agit d'une avancée scientifique exceptionnelle dans le domaine des skyrmions et des objets de spin topologiques", déclare Albrecht. Ces textures de spin skyrmionique à l'échelle nanométrique offrent des degrés de liberté supplémentaires et peuvent être intégrées dans des dispositifs à couches minces permettant différentes applications allant de l'informatique non conventionnelle aux nouveaux concepts de stockage.
Un autre aspect essentiel des objets en spin est qu’un courant polarisé en spin induit leur mouvement. Lorsqu’un courant de charge traverse un matériau magnétique conducteur, le spin de l’électron polarisé exerce un couple sur la magnétisation appelé couple de transfert de spin. Ce couple peut mettre en mouvement les skyrmions d'ordre supérieur.
"Grâce à des simulations micromagnétiques, nous avons pu démontrer le contrôle efficace du mouvement de ces objets de rotation extraordinaires, ce qui ouvre de nouvelles opportunités pour les dispositifs skyrmioniques", explique Koraltan, doctorant du groupe informatique de l'Université de Vienne.
La microscopie électronique à transmission de Lorentz à l'Université d'Augsbourg a été largement utilisée dans l'étude, qui est actuellement en cours d'extension pour visualiser le mouvement induit par le courant de ces objets à spin à charges multiples.
"La mesure dans laquelle nos prédictions sur leurs caractéristiques de mouvement peuvent être confirmées expérimentalement sera très intéressante pour les recherches dans un avenir proche", déclare Mariam Hassan, chercheuse postdoctorale à l'Université d'Augsbourg.
Plus d'informations : Mariam Hassan et al, Skyrmions et antiskyrmions dipolaires de charge topologique arbitraire à température ambiante, Nature Physics (2024). DOI :10.1038/s41567-023-02358-z
Informations sur le journal : Physique de la nature
Fourni par l'Université d'Augsbourg
