Actualité de l’Institut des sciences de l'ingénierie et des systèmes (INSIS) du CNRS du 1er octobre 2018
Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N) et leurs collègues européens ont modélisé les comportements surprenants des skyrmions, des particules magnétiques nanométriques et des anti-skyrmions, leurs antiparticules, dans un matériau ferromagnétique. Ces résultats publiés dans la revue Nature Electronics apportent de nouvelles connaissances précieuses pour les technologies de l’information.
Les skyrmions, candidats prometteurs au stockage des données et aux technologies de l’information, sont des particules magnétiques nanométriques présentes à l’état excité au sein de matériaux métalliques1 . En théorie, les skyrmions et leur antiparticule - les anti-skyrmions - possèdent une propriété appelée « charge topologique » impactant leur dynamique. Ainsi, lorsque skyrmions et anti-skyrmions sont soumis à une force entraînant une bifurcation de l’un vers la droite alors l’autre bifurquerait vers la gauche. Toutefois, cela reste à confirmer, c’est pourquoi une collaboration internationale impliquant des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud) a modélisé le comportement de ces particules au sein d’un matériau ferromagnétique soumis à un courant électrique.
Si la théorie est vérifiée pour de faibles courants, les chercheurs démontrent aussi que le comportement des anti-skyrmions diverge de celui attendu lorsque l’énergie apportée augmente. En effet, ceux-ci commencent à adopter une trajectoire courbe transitoire puis continue2 à mesure que le courant augmente alors que les skyrmions suivent un trajet linéaire permanent. Ces résultats montrent que des charges topologiques opposées peuvent se comporter différemment. Autre découverte à haute énergie, les anti-skyrmions créent périodiquement de nouvelles paires skyrmions/anti-skyrmions. Les skyrmions générés se propagent facilement alors que leurs antiparticules restent à l’endroit où elles sont créées et deviennent à leur tour de nouvelles sources de paires. Les chercheurs détectent alors un excès de skyrmions et donc un déséquilibre entre matière et antimatière dans les films magnétiques. Ce travail pourrait ainsi fournir des indices pour résoudre un autre mystère à l’échelle cosmologique, à savoir, pourquoi y a-t-il plus de matière que d’antimatière ?
1 Par exemple, des films nanométriques magnétiques constituant les disques durs et les mémoires magnétiques du type « STT-RAM ».
2 Dans ce cas, les trajectoires ressemblent à des trochoïdes semblables à la courbe tracée par la pédale d’un vélo sur une piste droite.
Figure : Matière et antimatière dans l’univers magnétique à l’échelle nanométrique: Un gaz de skyrmions (violet) et d’antiskyrmions (vert) généré à partir de la dynamique trochoïdale d’une seule graine d’anti-skyrmion. © C2N
Références :
Trochoidal motion and pair generation in skyrmion and antiskyrmion dynamics under spin–orbit torques,
U. Ritzmann, S. von Malottki, J. Kim, S. Heinze, J. Sinova, B. Dupé.
Nature Electronics, vol. 1, 451-457 (2018)
DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-018-0114-0
Contact chercheur :
Joo-Von Kim – chargé de recherche CNRS au C2N
Contact communication INSIS :
insis.communication@cnrs.fr
