Structure 3D et observation expérimentale de faisceaux de skyrmions. Crédit : TANG Jin
Dans une étude publiée récemment dans Nature Nanotechnologie, un groupe de recherche dirigé par le professeur Du Haifeng et le Dr Tang Jin du High Magnetic Field Laboratory, Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), a rapporté une percée scientifique après avoir découvert des faisceaux de skyrmions, un nouveau membre de la famille des structures magnétiques topologiques.
Avec l’aide de la microscopie électronique à transmission de Lorentz (Lorentz-TEM), le groupe de recherche a clarifié, pour la première fois, un type de quasiparticules magnétiques avec des charges topologiques arbitraires Q, puis a réalisé le mouvement dynamique entraîné par le courant des faisceaux de skyrmions.
Skyrmion, une structure magnétique topologique chirale localisée de type vortex, a le potentiel d’être le support d’informations appliqué dans les futurs dispositifs spintroniques haute performance. La charge topologique est un paramètre fondamental des domaines magnétiques et détermine leurs propriétés liées à la topologie. Parmi les structures topologiques comprenant des skyrmions, des mérons, des vortex et des bulles de skyrmions, les charges topologiques sont toutes deux inférieures ou égales à un. Bien que la théorie ait proposé des « sacs de skyrmions » et des « skyrmions d’ordre élevé » comme structures magnétiques topologiques multi-Q, leurs observations expérimentales restent insaisissables.
En utilisant une approche de simulation micromagnétique 3D, le groupe de recherche a proposé une nouvelle structure topologique multi-Q 3D, le faisceau de skyrmions. Les sacs Skyrmion persistent à l’intérieur de ces objets magnétiques et se transforment en skyrmions d’ordre élevé multi-Q autour de la surface. Les faisceaux de skyrmions ont ensuite été vérifiés expérimentalement par Lorentz-TEM en inversant le signe de champ des phases initiales mixtes skyrmion-hélice. Leurs mouvements dynamiques induits par le courant ont également été explorés plus avant par imagerie magnétique TEM in situ. Ils ont trouvé des mouvements collectifs et une dépendance des signes topologiques des déplacements latéraux de Hall des faisceaux de skyrmions entraînés par des courants pulsés à la nanoseconde.
L’observation des faisceaux de skyrmions dans cette étude étend la charge des membres magnétiques topologiques de un à des valeurs entières arbitraires et élimine la diversité du zoo magnétique topologique. Les faisceaux de Skyrmion peuvent servir de supports d’information appliqués dans des dispositifs spintroniques distincts tels que la mémoire multi-états et l’interconnexion d’informations et devraient ouvrir un nouveau domaine de la spintronique topologique.
Référence : « Magnetic skyrmion bundles and their current-driven dynamics » par Jin Tang, Yaodong Wu, Weiwei Wang, Lingyao Kong, Boyao Lv, Wensen Wei, Jiadong Zang, Mingliang Tian et Haifeng Du, 2 août 2021, Nature Nanotechnologie.
DOI : 10.1038 / s41565-021-00954-9
