En règle générale, la charge des électrons est utilisée pour stocker et traiter les informations dans les appareils à base d'électronique. Dans Spintronics, l'accent est plutôt mis sur le moment magnétique ou sur les tourbillons magnétiques, les soi-disant skyrmions – l'objectif est des ordinateurs plus petits, plus rapides et plus durables. Pour augmenter davantage la densité de stockage, Skyrmions sera non seulement bidimensionnel à l'avenir, mais conquérira également la troisième dimension.
Des chercheurs de l'Institut de physique de l'Université de Johannes Gutenberg Massez (JGU) ont maintenant réussi à créer des skyrmions tridimensionnels, des tubes dits hybrides, dans des tubes synthétiques antiferromagnets et ont démontré pour la première fois que ces tubes skyrmions se déplacent différemment des skyrmions à deux dimensions.
« Les skyrmions tridimensionnels sont intéressants pour l'informatique quantique et l'informatique inspirée du cerveau, entre autres, si la densité de stockage plus élevée résultant de la troisième dimension est essentielle », explique Mona Bhukta du groupe de recherche du professeur Mathias Kläui. Les résultats ont été publiés le 26 septembre Communications de la nature.
Bien que les skyrmions soient des tourbillons magnétiques, ils se comportent comme des particules. Cela signifie, entre autres, qu'ils peuvent être déplacés par un courant électrique. Les skyrmions sont généralement créés en fines couches magnétiques et donc en deux dimensions; Les premiers tubes skyrmion tridimensionnels ont déjà été détectés.
Cependant, ces skyrmions 3D ont été tournés uniformément, qui est appelé chiralité homogène. Cela signifie qu'ils se déplacent de la même manière que Skyrmions en deux dimensions et n'offrent aucune valeur ajoutée pour le stockage de données, car leurs informations peuvent être représentées aussi bien sur un seul plan.
« Nous avons maintenant pu créer des tubes skyrmion dans des antiferromagnets synthétiques – c'est-à-dire un film mince en utilisant des méthodes de dépôt standard dont la magnétisation annule vers l'extérieur – et démontre pour la première fois que ces tubes Skyrmion se déplacent complètement différemment de Skyrmions dans deux dimensions », explique Bhukta.
La raison de cela réside dans la structure des nouveaux tubes Skyrmion: contrairement à ceux créés précédemment, ils ne sont pas uniformément tordus, mais sont inégaux. Pour le dire simplement, ils se déplacent différemment que dans les systèmes 2D. Ces différences de mouvement peuvent être utilisées pour le stockage d'informations, ouvrant ainsi une troisième dimension pour le stockage des données.
Les nouveaux tubes Skyrmion ont été fabriqués à JGU, et leur structure tridimensionnelle a été vérifiée au Jülich Research Center. Des sources de synchrotron au Bessy II (Helmholtz Center Berlin pour les matériaux et l'énergie) et à la source légère suisse de l'Institut Paul Scherrer à Villigen, en Suisse, ont été utilisées pour étudier le mouvement des tubes Skyrmion.
Les résultats sont importants, entre autres, pour l'informatique dite d'inspiration cérébrale: les données doivent être traitées non pas via l'électronique numérique, mais via les neurones, c'est-à-dire les cellules nerveuses et les synapses – dans le but de créer des systèmes plus puissants, économes et flexibles pour des tâches complexes.
«Les skyrmions tridimensionnels nous permettent de mieux imiter les neurones», explique Bhukta. « L'étape dans la troisième dimension est également essentielle dans l'informatique quantique. »
