Concept artistique d’un skyrmion magnétique.
Des chercheurs de l’université de Lund, en Suède, ont découvert un nouveau moyen de créer des particules magnétiques de taille nanométrique à l’aide d’impulsions de lumière laser ultrarapides. Cette révélation pourrait ouvrir la voie à de nouveaux composants techniques plus économes en énergie et devenir utile dans les ordinateurs quantiques du futur.
Les skyrmions magnétiques sont parfois décrits comme des tourbillons magnétiques. Contrairement aux états ferromagnétiques – qui se produisent dans les aimants conventionnels tels que les boussoles et les aimants de réfrigérateur – l’état skyrmion est assez particulier : l’orientation de l’aimantation ne pointe pas dans la même direction partout dans le matériau, mais est plutôt décrit comme une sorte de magnétisme tourbillonnant.
Les skyrmions présentent un grand intérêt tant pour la recherche fondamentale que pour l’industrie, car ils peuvent être utilisés pour fabriquer des mémoires informatiques plus compactes. Cependant, cela est plus facile à dire qu’à faire. L’utilisation des skyrmions à des fins techniques nécessite des moyens efficaces d’écrire, d’effacer et de manipuler les particules sur de courtes échelles de temps et avec une grande précision spatiale.
L’utilisation d’impulsions de lumière laser ultrarapide par des chercheurs de l’université de Lund en Suède a permis de créer des particules magnétiques de taille nanométrique. Cette percée pourrait ouvrir la voie à de nouveaux composants techniques plus efficaces sur le plan énergétique, qui pourraient être utilisés dans les futurs ordinateurs quantiques. Crédit: : Claudio Verdozzi
Dans une nouvelle étude, les chercheurs Claudio Verdozzi de l’Université de Lund et Emil Viñas Boström et Angel Rubio de l’Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière à Hambourg ont trouvé une nouvelle approche.
“Dans notre étude, nous avons montré théoriquement comment il est possible de répondre à l’une de ces exigences, c’est-à-dire comment créer des skyrmions magnétiques à des échelles de temps ultra-courtes en utilisant des impulsions de lumière laser”, explique Claudio Verdozzi, chercheur en physique à l’université de Lund.
L’équipe de recherche a identifié un mécanisme microscopique qui explique un protocole expérimental qui s’est avéré utile pour créer les étranges skyrmions. En utilisant des impulsions laser femtosecondes – des impulsions lumineuses qui durent un millionième de milliardième de seconde – les chercheurs ont montré qu’il est possible de créer des skyrmions ultra-rapides.
“Nos résultats sont d’une grande importance pour la création de composants techniques plus efficaces sur le plan énergétique. Notre étude montre que la lumière peut être utilisée pour manipuler des excitations magnétiques localisées dans des échelles de temps très courtes”, déclare Claudio Verdozzi.
La nouvelle découverte peut déboucher sur un certain nombre d’applications, notamment la technologie quantique – un domaine dans lequel les propriétés de la mécanique quantique sont utilisées pour résoudre des calculs extrêmement avancés que les ordinateurs traditionnels ne peuvent pas traiter. Les excitations magnétiques, telles que les skyrmions et les ondes de spin, pourraient également contribuer à réduire la consommation d’énergie des composants technologiques, et donc à atteindre les objectifs climatiques futurs.
“Les skyrmions font l’objet de recherches théoriques et expérimentales en raison de leur potentiel technologique. De plus, leurs motifs magnétiques exotiques possèdent un attrait conceptuel et mathématique qui les rend très intéressants”, conclut Claudio Verdozzi.
Référence : “Microscopic theory of light-induced ultrafast skyrmion excitation in transition metal films” par Emil Viñas Boström, Angel Rubio et Claudio Verdozzi, 8 avril 2022, npj Computational Materials.
DOI:10.1038/s41524-022-00735-5
