La percée du nanoréseau magnétique 3D pourrait permettre une nouvelle génération de technologies de stockage 3D

Magnetic Nanonetwork

Nanoréseau magnétique

Des chercheurs de l’Université de Vienne ont conçu un nouveau nanoréseau magnétique 3D, où des monopôles magnétiques émergent en raison de la frustration magnétique croissante parmi les nanoéléments, et sont stables à température ambiante. Crédit : © Sabri Koraltan Université de Vienne

Le nano-réseau tridimensionnel (3D) promet une nouvelle ère dans la physique moderne de l’état solide avec de nombreuses applications en photonique, biomédecine et spintronique. La réalisation de nano-architectures magnétiques 3D pourrait permettre des dispositifs de stockage de données ultra-rapides et à faible consommation d’énergie. En raison des interactions magnétiques concurrentes dans ces systèmes, des charges magnétiques ou des monopôles magnétiques peuvent émerger, qui peuvent être utilisés comme supports d’informations binaires mobiles. Des chercheurs de l’Université de Vienne ont maintenant conçu le premier réseau de glace de spin artificiel en 3D hébergeant des charges magnétiques non liées. Les résultats publiés dans la revue Matériaux de calcul npj présentent une première démonstration théorique que, dans le nouveau réseau, les monopôles magnétiques sont stables à température ambiante et peuvent être dirigés à la demande par des champs magnétiques externes.

Des monopôles magnétiques émergents sont observés dans une classe de matériaux magnétiques appelés glaces de spin. Cependant, les échelles atomiques et les basses températures requises pour leur stabilité limitent leur contrôlabilité. Cela a conduit au développement de la glace de spin artificielle 2D, où les moments atomiques uniques sont remplacés par des nano-îlots magnétiques disposés sur différents réseaux. La mise à l’échelle a permis l’étude de monopôles magnétiques émergents sur des plateformes plus accessibles. L’inversion de l’orientation magnétique de nano-îlots spécifiques propage les monopôles un sommet plus loin, laissant une trace derrière eux. Cette trace, les Cordes de Dirac, emmagasine nécessairement de l’énergie et lie les monopôles, limitant leur mobilité.

Des chercheurs autour de Sabri Koraltan et Florian Slanovc, et dirigés par Dieter Suess à l’Université de Vienne, ont maintenant conçu un premier réseau de glace de spin artificielle 3D qui combine les avantages des glaces de spin artificielles atomiques et 2D.

En coopération avec le groupe Nanomagnétisme et magnétisme de l’Université de Vienne et la division théorique du Laboratoire de Los Alamos, États-Unis, les avantages du nouveau réseau sont étudiés en utilisant des simulations micromagnétiques. Ici, les nano-îlots plats 2D sont remplacés par des ellipsoïdes rotatifs magnétiques, et un réseau tridimensionnel à haute symétrie est utilisé. « En raison de la dégénérescence de l’état fondamental, la tension des cordes de Dirac s’évanouit en déliant les monopôles magnétiques », remarque Sabri Koraltan, l’un des premiers auteurs de l’étude. Les chercheurs ont poussé l’étude à l’étape suivante, où, dans leurs simulations, un monopole magnétique s’est propagé à travers le réseau en appliquant des champs magnétiques externes, démontrant son application en tant que porteurs d’informations dans un nano-réseau magnétique 3D.

Sabri Koraltan ajoute : « Nous utilisons la troisième dimension et la haute symétrie du nouveau réseau pour délier les monopôles magnétiques et les déplacer dans les directions souhaitées, presque comme de vrais électrons. » L’autre premier auteur Florian Slanovc conclut : « La stabilité thermique des monopôles autour de la température ambiante et au-dessus pourrait jeter les bases d’une nouvelle génération révolutionnaire de technologies de stockage 3D.

Référence : « Cordes de Dirac sans tension et charges magnétiques dirigées dans la glace de spin artificielle 3D » par Sabri Koraltan, Florian Slanovc, Florian Bruckner, Cristiano Nisoli, Andrii V. Chumak, Oleksandr V. Dobrovolskiy, Claas Abert et Dieter Suess, 5 août 2021 , Matériaux de calcul npj.
DOI : 10.1038 / s41524-021-00593-7

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