Les chercheurs ont découvert des mérons dans des antiferromagnétiques synthétiques, faisant progresser le domaine de la spintronique vers une informatique plus efficace, compacte et durable.
Pour la première fois, des équipes allemandes et japonaises ont réussi à identifier des formations de spins topologiques collectifs appelées mérons au sein d'antiferromagnétiques synthétiques en couches.
Nos appareils électroniques du quotidien, comme les lampes du salon, les machines à laver et les téléviseurs, fonctionnent grâce aux courants électriques. De même, le fonctionnement des ordinateurs repose sur la manipulation d’informations par de petits porteurs de charge appelés électrons. La spintronique, quant à elle, introduit une approche unique de ce processus.
Au lieu de la charge des électrons, l’approche spintronique consiste à exploiter leur moment magnétique, c’est-à-dire leur spin, pour stocker et traiter des informations, dans le but de rendre les ordinateurs du futur plus compacts, plus rapides et plus durables. Une façon de traiter l'information basée sur cette approche consiste à utiliser les vortex magnétiques appelés skyrmions ou, alternativement, leurs cousins encore peu connus et plus rares appelés « mérons ». Les deux sont des structures topologiques collectives formées de nombreux spins individuels. Les mérons n'ont jusqu'à présent été observés que dans des antiferromagnétiques naturels, où ils sont difficiles à analyser et à manipuler.
Trouver des mérons dans des antiferromagnétiques synthétiques
Travaillant en collaboration avec des équipes de l'Université de Tohoku au Japon et du Centre de Lumière Synchrotron ALBA en Espagne, des chercheurs de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) ont été les premiers à démontrer la présence de mérons dans des antiferromagnétiques synthétiques et donc dans des matériaux pouvant être produits à l'aide de techniques de dépôt standards. « Nous avons pu concevoir un nouvel habitat pour ce qui est un nouveau et très « timide » espèces« , a déclaré le Dr Robert Frömter, physicien à JGU. Les résultats de la recherche consistent à concevoir des antiferromagnétiques synthétiques de telle manière que des mérons s'y forment ainsi qu'à détecter les mérons eux-mêmes.
Observation directe des mérons et antimérons antiferromagnétiques. Crédit : Mona Bhukta / JGU
Afin de rassembler les matériaux correspondants constitués de plusieurs couches, les chercheurs ont entrepris des simulations approfondies et effectué des calculs analytiques des structures de spin en coopération avec un groupe théorique du JGU. L’objectif était de déterminer l’épaisseur optimale de chaque couche et le matériau adapté pour faciliter l’hébergement des mérons et de comprendre les critères de leur stabilité.
Parallèlement aux travaux théoriques, l’équipe a poursuivi ses expériences pour relever ces défis. « À l'aide de la microscopie à force magnétique associée à la microscopie électronique à balayage avec analyse de polarisation, moins familière, nous avons réussi à identifier les mérons dans nos antiferromagnétiques synthétiques », a expliqué Mona Bhukta, doctorante à l'Institut de physique de JGU. «Nous avons ainsi réussi à faire un pas en avant vers l’application potentielle des mérons.»
Le professeur Mathias Kläui, chef de l'équipe de recherche, se réjouit de l'opportunité de coopérer avec l'Université du Tohoku, l'une des principales institutions japonaises dans le domaine de la spintronique. « Cela fait maintenant plus de dix ans que nous menons des activités communes – avec le soutien du Service allemand d'échanges universitaires (DAAD) et d'autres projets d'échange. Récemment, le premier doctorat co-supervisé. Le candidat dans le cadre de l’accord de coopération avec Tohoku a obtenu son diplôme avec distinction.
