Carte de densité de flux magnétique (magnétisation) obtenue à l’aide de l’analyse de l’équation de transport d’intensité. Crédit : Masahiro Nagao
Des « défauts topologiques » se forment lorsque la symétrie d’un matériau magnétique est perturbée. Les murs de domaine (DW) sont un type de défaut topologique qui sépare des régions d’orientations magnétiques différentes. Phénomène largement étudié, la manipulation de ces défauts a des applications potentielles dans les dispositifs de stockage de mémoire haute performance, les dispositifs de traitement de l’énergie et l’informatique quantique.
Récemment, la possibilité d’autres défauts topologiques intégrés ou combinés avec les DW a attiré l’attention pour leurs applications potentielles dans différents domaines de la physique. Quelques exemples de ces «défauts dans les défauts» appelés skyrmions DW et bimerons DW. Alors que les modèles théoriques ont soutenu l’existence de ces défauts, ils n’ont pas été observés expérimentalement – pas avant maintenant.
Dans une nouvelle étude publiée dans Communication Nature, le professeur agrégé Masahiro Nagao de l’Université de Nagoya, au Japon, et ses collègues ont utilisé la microscopie électronique à transmission de Lorentz (LTEM) pour visualiser ces défauts. Ils ont pu le faire en faisant passer des électrons et en observant leurs déflexions à travers un film magnétique mince. Les défauts topologiques ont été observés sous forme de paires contrastées de zones claires et sombres. En utilisant cette technique, l’équipe a imagé des défauts topologiques dans un film mince magnétique chiral composé de cobalt, de zinc et de manganèse.
Initialement, les chercheurs ont observé un seul défaut DW lorsque le film n’était pas magnétisé. En magnétisant le film en faisant passer un champ magnétique perpendiculaire au film, ils ont pu observer le développement de deux types de DW. Les DW conventionnels étaient considérés comme des lignes noires, tandis que des chaînes de bimérons DW étaient vues comme des points elliptiques brillants sur les images LTEM. Ces deux types de DW sont apparus alternativement et par paires. Les chercheurs ont noté que ces DW augmentaient à mesure que la force du champ magnétique augmentait et disparaissaient finalement après avoir atteint un certain seuil. Pour confirmer leur découverte, les chercheurs ont utilisé l’équation de transport d’intensité pour obtenir les distributions magnétiques qui ont révélé des aimantations opposées des deux côtés de la chaîne de DW, confirmant qu’il s’agissait de biméron DW.
Les chercheurs pourraient enfin proposer une explication de ces défauts et de leur mécanisme de formation. Comme l’explique Nagao : « Dans nos films minces d’aimants chiraux, nous montrons des bimérons enchaînés et isolés jouant le rôle et liés aux DW respectivement, qui sont réalisés non seulement par la composante d’anisotropie magnétique dans le plan, mais également par la combinaison de l’interaction Dzyaloshinskii-Moriya, anisotropie magnétique hors plan, interaction dipolaire et effet Zeeman.
Les découvertes de l’équipe mettent en lumière les défauts topologiques des aimants chiraux et ont des implications dans les domaines de la physique liés à la topologie, allant des échelles de longueur cosmologiques à la matière condensée.
Référence : « Observation of domain wall bimerons in chiral magnets » par Tomoki Nagase, Yeong-Gi So, Hayata Yasui, Takafumi Ishida, Hiroyuki K. Yoshida, Yukio Tanaka, Koh Saitoh, Nobuyuki Ikarashi, Yuki Kawaguchi, Makoto Kuwahara et Masahiro Nagao, 9 juin 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038 / s41467-021-23845-y
