Skyrmions : les structures de spin qui pourraient stocker des milliards de données

Plongez dans un univers où les skyrmions magnétiques, ces configurations subtiles de spin, révèlent leur potentiel pour les dispositifs spintroniques. Une nouvelle étude à BESSY II apporte des éclairages inédits sur la manipulation et le contrôle de ces structures fascinantes.

Dans le domaine des nanotechnologies et de la physique du solide, les skyrmions magnétiques sont des structures de spin ressemblant à des tourbillons. Ces entités, en principe, peuvent être utilisées dans des dispositifs spintroniques, tels que les supports de stockage de données rapides et économes en énergie. Toutefois, leur manipulation à température ambiante reste un défi.

Leur caractère topologiquement protégé fait des skyrmions un sujet d’intérêt considérable dans la recherche actuelle. D’autant plus que ces structures sont particulièrement intéressantes lorsqu’elles apparaissent dans des matériaux à base de terres rares et de métaux de transition (RE-TM), aux propriétés ferromagnétiques ajustables.

Focalisation sur les films minces ferrimagnétiques

Une récente étude menée à BESSY II s’est concentrée sur l’analyse en temps réel des skyrmions dans des films minces ferrimagnétiques de dysprosium et de cobalt. Le Dr. Florin Radu, physicien à HZB, et son équipe ont utilisé des méthodes de microscopie à rayons X pour étudier des échantillons de DyCo3.

La microscopie à transmission à balayage à rayons X a été employée, en exploitant le dichroïsme magnétique circulaire et linéaire des rayons X comme mécanismes de contraste spécifiques aux éléments. Ce procédé a permis d’observer directement les skyrmions ferrimagnétiques en haute densité.

Une observation détaillée des domaines muraux

« Cela nous a permis d’observer directement des skyrmions ferrimagnétiques isolés en haute densité et de déterminer avec précision leur type de paroi de domaine« , rapporte le docteur Radu. Les résultats révèlent que ces skyrmions sont du type Néel et peuvent être clairement distingués des autres parois de domaine, notamment les parois de Bloch.

En synthèse

L’étude à BESSY II représente une étape cruciale dans la caractérisation des matériaux susceptibles d’accueillir des skyrmions ferrimagnétiques. Cette avancée pourrait ouvrir la voie à l’utilisation de ces matériaux dans de véritables dispositifs spintroniques.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un skyrmion et en quoi est-il important pour les dispositifs spintroniques

Un skyrmion est une structure de spin topologiquement protégée, ressemblant à un tourbillon, qui peut être utilisé dans des dispositifs électroniques spécialisés comme les dispositifs spintroniques. En raison de leur petite taille et de leur stabilité, les skyrmions sont envisagés comme une alternative pour le stockage de données rapide et économe en énergie.

Quels sont les matériaux qui ont été principalement étudiés dans cette recherche ?

Les matériaux étudiés dans cette recherche sont des films minces ferrimagnétiques composés de dysprosium (Dy) et de cobalt (Co). Ces matériaux présentent des propriétés ferromagnétiques ajustables et sont donc particulièrement intéressants pour l’étude des skyrmions.

Quelle technique de microscopie a été utilisée pour cette étude et pourquoi ?

La technique utilisée est la microscopie à transmission à balayage à rayons X. Cette méthode a été choisie car elle permet de bénéficier de mécanismes de contraste spécifiques aux éléments étudiés, tels que le dichroïsme magnétique circulaire et linéaire des rayons X. Cette spécificité permet une observation directe et en haute densité des skyrmions ferrimagnétiques.

Quelle est la principale révélation de cette étude ?

La principale révélation est la possibilité d’identifier avec précision le type de paroi de domaine des skyrmions ferrimagnétiques, grâce à l’utilisation de la microscopie à rayons X. Les résultats montrent que ces skyrmions sont du type Néel, une information cruciale pour leur application future dans des dispositifs spintroniques.

Article : « Direct observation of Néel-type skyrmions and domain walls in a ferrimagnetic thin film via scanning transmission X-ray microscopy » – DOI: 10.1038/s42005-023-01341-7 

Légende illustration principale : Les deux rangées supérieures montrent le contraste magnétique attendu pour les skyrmions de type Bloch et de type Néel lors de l’utilisation de rayons X circulaires, linéaires horizontaux (LH) et linéaires verticaux (LV). Les résultats de la microscopie expérimentale à rayons X par transmission à balayage (STXM) sont présentés dans la rangée inférieure ; ils correspondent à la simulation des skyrmions de type Néel. Crédit : F. Radu/HZB