Une équipe de chercheurs du Max Born Institute and Collaborating Institutions a développé une méthode fiable pour créer des textures magnétiques complexes, appelées sacs Skyrmion, dans des films ferromagnétiques minces. Les sacs Skyrmion sont des textures de spin de forme de beignet et topologiquement riches qui vont au-delà des skyrmions simples largement étudiés.
Les skyrmions magnétiques sont des tourbillons de magnétisation stables de taille nanométrique avec des applications prometteuses dans la spintronique et le stockage de données. Leurs formes les plus simples ont été largement explorées et prennent une forme circulaire où les tours tournent de 180 ° de l'extérieur vers l'intérieur dans un film magnétique mince. Les tours au centre du skyrmion pointent donc vers la direction opposée à ceux en dehors du skyrmion.
Les configurations plus complexes incluent le soi-disant Skyrmionium où les spins tournent de 360 ° et les tours au centre de Skyrmionium ont la même orientation que celles à l'extérieur, résultant en une structure annulaire. Remarquablement, cette bague peut ensuite être remplie de skyrmions, conduisant à la cible Skyrmion pour un skyrmion à l'intérieur du ring et des sacs skyrmion pour plusieurs skyrmions à l'intérieur.
Bien que la théorie ait déjà prédit de telles configurations d'ordre supérieur, elles sont restées difficiles à produire dans des matériaux réels de manière contrôlée.
Dans une nouvelle étude publiée dans Matériaux avancés (Voir Fig. 1), l'équipe de recherche montre comment les modifications à l'échelle nanométrique des propriétés magnétiques du matériau, introduites via des faisceaux d'hélium-ion ciblés, peuvent favoriser la génération de ces textures d'ordre supérieur.
Ces modifications locales d'anisotropie sont conçues de telle sorte que les structures souhaitées peuvent être formées sélectivement en utilisant des impulsions laser ultra-rapides. Les textures magnétiques résultantes avec des caractéristiques sur l'échelle de moins de 100 nm ont été directement imagées à l'aide d'un microscope à rayons X haute résolution équipé d'un système laser sur mesure développé au Max Born Institute.
Les chercheurs démontrent la génération d'une variété de sacs skyrmion, du skyrmionium vide à des sacs remplis de quatre skyrmions (voir Fig. 2). Ils ont montré que la génération de sac skyrmion déclenché par des impulsions laser uniques a un taux de réussite significativement plus élevé par rapport à une approche purement magnétique basée sur le champ.
La génération reproductible et cohérente de telles textures est la condition préalable clé pour étudier la dynamique des skyrmions d'ordre supérieur dans les futures expériences résolues dans le temps. Ce travail offre une voie pratique pour étudier et utiliser des états de skyrmion complexes dans des matériaux à film mince, ce qui est une étape importante vers les futurs dispositifs spintroniques qui exploitent le contrôle topologique à l'échelle nanométrique.
