Anti-skyrmions: de nouveaux horizons pour les technologies de l'information
Publié par Redbran le 02/10/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) ferromagnétique. Ces résultats publiés dans la revue Nature Electronics apportent de nouvelles connaissances précieuses pour les technologies de l'information.


© C2N
Matière et antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe « anti- » signifie que l'antimatière est...) dans l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) magnétique à l'échelle nanométrique: Un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) de skyrmions (violet) et d'antiskyrmions (vert) généré à partir de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) trochoïdale d'une seule graine (Dans le cycle de vie des « plantes à graines », la graine est la structure qui contient et protège l'embryon végétal. Elle est souvent contenue dans un fruit qui permet sa dissémination.) d'anti-skyrmion.

Les skyrmions, candidats prometteurs au stockage des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) et aux technologies de l'information, sont des particules magnétiques nanométriques présentes à l'état excité au sein de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) métalliques (1) . En théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...), les skyrmions et leur antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron est associé au positron, et les quark, à leurs antiquark. La...) - les anti-skyrmions - possèdent une propriété appelée "charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) topologique" impactant leur dynamique. Ainsi, lorsque skyrmions et anti-skyrmions sont soumis à une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) 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 (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés par l'action de...).

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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) apportée augmente. En effet, ceux-ci commencent à adopter une trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales...) transitoire puis continue (2) 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 (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) 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 ?

Note:
(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.


Références publication:
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 C2N
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