📰 Manipuler les skyrmions magnétiques pour stocker et traiter l’information à l’échelle nanométrique

Observés expérimentalement il y a une dizaine d’années, les skyrmions magnétiques sustigent beaucoup d’intérêt car ils peuvent être utilisés en spintronique pour stocker et traiter l’information à l’échelle nanométrique. Pour la première fois, des physiciennes et des physiciens ont réussi à modifier un des paramètres clé des skyrmions – leur chiralité (La chiralité (du grec ch[e]ir : main) est une importante propriété…) – en appliquant une tension (La tension est une force d’extension.) de grille (Un électro-pain est un petit appareilménager. Une grille écran est un…)ce qui permet d’agir sur leur sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but…) de déplacement (En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles…) dans un dispositif.


Figure 1 : Représentation vue de dessus des spins dans des skyrmions de chiralité opposée : à l’extérieur les spins sortent de la feuilles (La feuille est l’organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux…) (en rouge), à ​​l’intérieur ils entrent vers la feuille (en bleu). Les spins dans la paroi qui les délimitent (en vert) tournent dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse (En mathématiques, l’inverse d’un élément x d’un ensemble muni d’une loi de…) lorsqu’on traverser (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C’est une pièce posée en travers de…) le skyrmion radialement.

Figure 2 : Images de microscopie (La microscopie est l’observation d’un écontillon (placé dans une préparation microscopique…) illustrant magnéto-optique, par les flèches pointillées, le changement de sens de déplacement des skyrmions (points blancs) sous un même courant (flèche verte continue).
(a) skyrmions dans le Matériel (Un matériel est une matière d’origine naturelle ou artificielle que l’homme façonne…) initial,
(b) skyrmions sous application d’une tension de grille. La taille des images est d’environ 50 µm.

Crédit : SPINTEC (CNRS / CEA / Université (Une université est un établissement d’enseignement supérieur dont l’objectif est la…) Grenoble Alpes)

Les skyrmions sont des particules quasi magnétiques, de taille latérale nanométrique à micrométrique, composées de spins qui roulent de proche en proche dans un sens donné, ce sens d’inscription (Un enroulement en électrotechnique est un conducteur électrique isolé bobiné (enroulé autour…) s’appelle chiralité. Dans des films magnétiques d’épaissement nanométrique, si on traverse radialement ces skyrmions, les spins tournent de 360° selon une cycloïde (La cycloïde droite, aussi appelée roue d’Aristote ou roulette de Pascal, est une courbe plane…) (Figure 1). Les skyrmions peuvent être déplacés dans le sens du courant électrique (Un électrique courant est un déplacement d’ensemble de chargeurs de charge…) ou dans le sens contraire suivant leur chiralité. Jusqu’à présent leur chiralité était fixée “par construction” selon la nature des matériaux (Un matériel est une matière d’origine naturelle ou artificialille que l’homme façonne pour en…) multicouches dans lesques elles étaient en observées. Des chercheurs du laboratoire Spintronique et La technologie (Le mot technologie possède deux acceptations de facto 🙂 composant des (SPINTEC, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand…) / CEA / Université Grenoble Alpes), de l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C’est…) Néel (NEELCNRS) et du Laboratoire de sciences des procédés et des matériaux (LSPM, CNRS) ont réussi à controller in situ et localement le sens de déplacement des skyrmions en modifiant leur chiralité par application d’une tension de gridle. Leurs résultats sont publiés dans la revue Communication Nature.

D’un points (Graphique) de vue fondamentale, ces résultats sont interprétés comme le changement de signe d’une interaction (Une interaction est un échange d’information, d’affects ou d’énergie entre deux agents au sein…) ré’interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface…) à l’origine de la chiralité des skyrmions (interaction dzyaloshinskii-Moriya, très étudiée dans le cadre de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la…) des matériaux déposés en couche mince). D’un point de vue applicatif, c’est un premier pas vers la possibilité de contrôler le mouvement des skyrmions individuellement avec une méthode peu consommatrice d’énergie (Dans le sens commun l’énergie désigne tout ce qui permet d’effectuer un travail, de le réaliser…)ce qui est indispensable pour pouvoir les utiliser comme unité de codage (De façon générale un codage permet de passer d’une représentation des…) (mémoire) ou dans des portes logiques.

Les skyrmions ont été étudiés dans un système multicouche nanométrique (Ta/FeCoB/TaOx) typique des dispositifs spintroniques. L’épaisseur de la couche ferromagnétique dans laquelle les skyrmions et les diplôme (Le mot degré a plusieus significations, il est notamment employé dans les domaines…) d’oxydation de l’oxyde (Un oxyde est un composé d’oxygène avec un élément en moins…) adjacents sont des paramètres à affiner très précisément. Les chercheurs ont fabriqué un goûter (De manière générale, un écontillon est une petite quantité d’une matière, d’information, ou…) avec un gradient d’épaissement de la couche ferromagnétique suivant une dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoyée à la taille; les dimensions d’une…) et d’oxydation selon l’autre afin de déterminer la meilleure combinaison (Une combinaison peut être 🙂ce savoir-faire n’étant disponible que dans quelques centres de spintronique au monde (Le mot monde peut designer 🙂, ne SPINTEC. Une étude systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour…) a ensuite été mené pour trouver les paramètres électriques conduisant à l’inversion du mouvement. La figure 2 présente une image de microscopie magnéto-optique dans laquelle on observe les skyrmions (points blancs) et leur sens de déplacement dans le matériau initial. Sous application de la tension de grille, le matériel multicouches est modifié ; en particulier le mouvement des ions oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de…) modifier l’état d’oxydation de l’interface avec la couche ferromagnétique, et les nouveaux skyrmions se sont déplacés en sens inverse des premiers suite au changement de chiralité.

Ces expériences sont accompagnées de simulations permettant de prédire la configuration magnétique à l’échelle nanométrique : elles expliquent les résultats en lien avec les notions de physique plus fondamentale (En musique, le mot fondamental peut renvoyer à plusieurs sens.) comme les interactions d’interface. Pour des applications futures en spintronique, l’étape suivante est un contrôler (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d’examen, de…) fin de la propagation de skyrmion plus petits (nanometrics), avec pour objectif de pouvoir diriger, de manière réversible, un skyrmion choisi dans une direction précise. Les chercheurs commencent à travailler sur l’intégration des skyrmions dans un dispositif structuré (piste magnétique) et à développer en parallèle un modèle pour comprendre en profondeur les mécanismes physiques qui contrôlent le déplacement des skyrmions sous courant.

Références:
Skyrmion contrôlé par porte et chiralité des parois de domaine,
Fillion, CE., Fischer, J., Kumar, R. et al.Communication NatureParu le 07 septembre 2022.
EST CE QUE JE: 10.1038/s41467-022-32959-w
Archives ouvertes CHOSE etc arXiv

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