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Vers des skyrmions dans les mémoires magnétiques


Les skyrmions magnétiques pourraient être un des vecteurs de futures technologies de l’information. Nous avons identifié une structure d’échantillons favorisant leur stabilité et démontré la possibilité de les contrôler par un courant électrique dans des nanopistes magnétiques.

Le développement des technologies de l’information et de la communication impose comme défi pour les composants d’augmenter la capacité des mémoires et réduire leur consommation. L’enjeu n’est plus d’améliorer les dispositifs existants mais d’inventer des concepts nouveaux. Une idée concerne des mémoires où les informations sont déplacées le long de nanopistes magnétiques pour être écrites ou lues de manière séquentielle. Nous explorons ainsi l’utilisation de petites bulles magnétiques comme porteurs de l’information. Par l’utilisation d’un milieu qui impose à l’aimantation de toujours tourner dans le même sens, ces bulles, alors appelées skyrmions, sont dites topologiques et il est impossible par une simple déformation continue de les faire disparaître.

Pour imposer un sens unique de rotation et une topologie non-triviale dans les bulles, le système ne doit pas présenter de symétrie d’inversion. Ainsi, dans la plupart des études, les échantillons présentent une structure qui brise artificiellement la symétrie d’inversion en empilant les couches magnétiques entre deux matériaux non magnétiques différents comme le platine et un oxyde. Dans notre étude, nous avons montré qu’un échantillon globalement symétrique permet aisément la stabilisation de skyrmions. L’échantillon contient deux couches magnétiques ayant chacune un environnement brisant la symétrie d’inversion, superposées de manière symétrique afin d’introduire des couplages dipolaires additionnels. Ainsi, des skyrmions de 160 nm de diamètres ont été observés dans nos échantillons. Dans des nanopistes, nous avons de plus montré toutes les fonctionnalités nécessaires au développement de mémoires. Au voisinage de contacts électriques plus étroits que la piste, les skyrmions sont créés grâce à la concentration du courant puis sont mis en mouvement par la pression exercée par ce même courant. Plus fondamentalement, nous avons observé une tendance pour les skyrmions à partir de biais (et toujours du même coté). Cet effet, analogue à l’effet Magnus qui explique pourquoi un ballon de football en rotation sur lui-même décrit une trajectoire courbe, est intimement lié à la nature topologique du skyrmion et vient donc confirmer sa structure interne si particulière.

Figure : (a) Image 3D de microscopie à force atomique des pistes magnétiques d’un micromètre de large (en bleu) connectées de part et d’autre par des contacts en or (en jaune). En bas, les contacts triangulaires servent à la création des skyrmions. (b) Image de microscopie à force magnétique d’une piste (3 µm de large) au voisinage d’un contact ponctuel (à gauche, en relief). La piste est initialement aimantée uniformément (bleu). Après le passage du courant électrique, des skyrmions (en rouge) apparaissent et s’accumulent sur le bord droit à cause de la déflexion topologique.

Référence

Current-induced skyrmion generation and dynamics in symmetric bilayers
A. Hrabec, J. Sampaio, M. Belmeguenai, I. Gross, R. Weil, S.M. Cherif, A. Stashkevich, V. Jacques, A. Thiaville & S. Rohart
Nature Communications 8, 15765 (2017)
doi:10.1038/ncomms15765

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Stanislas Rohart