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Un tourbillon retourné par un courant


Un tourbillon retourné par un courant

Pour agir sur un matériau magnétique, on utilise usuellement un champ magnétique, qui est créé soit par un aimant permanent soit par une bobine d’électro-aimant. Mais depuis quelques années, on sait qu’il est aussi possible de réorienter un nano-aimant par un courant électrique le traversant. Le courant électrique est en effet porté par des électrons, qui ont un moment magnétique et ainsi peuvent agir directement sur l’aimantation du matériau magnétique. Il faut juste une énorme densité de courant (environ cent mille fois ce que supportent les fils des installations domestiques).

Bien que cet effet, appelé transfert de spin, ait été démontré expérimentalement dans plusieurs configurations, sa compréhension n’est pas encore parfaite, en particulier dans le cas où l’aimantation varie continûment selon la position. Des expériences, conduites au Japon à Kyôto ont considéré un échantillon contenant un vortex magnétique unique, qui est analogue à un tourbillon si l’aimantation locale correspond à la direction du mouvement dans le fluide. De même que, dans un lavabo se vidant, le tourbillon plonge verticalement en son coeur, dans un vortex l’aimantation devient verticale au coeur, vers le haut ou vers le bas (il n’y a pas de gravité). Retourner l’aimantation du coeur - la direction de vidage du tourbillon - nécessite un très grand champ magnétique vertical (comme si on inversait la gravité) dans la manière usuelle. Très récemment, des expériences utilisant un champ magnétique oscillant et horizontal avaient montré que cela pouvait renverser le coeur du vortex. Nos expériences ont montré le même phénomène, cette fois en faisant circuler un courant électrique alternatif dans le plan du vortex, avec une fréquence adaptée à celle des oscillations du vortex. Pour un courant relativement faible, le retournement du coeur de vortex a été ainsi observé.

Le phénomène a été compris par une mouvement de rotation à grande vitesse du vortex. Un vortex en déplacement a une structure qui se déforme de plus en plus lorsque la vitesse augmente, jusqu’à une vitesse maximum bien déterminée où le retournement du coeur se produit. Les résultats expérimentaux, analysés par simulations numériques, montrent que le modèle le plus simple décrivant l’effet du courant sur les structures magnétiques continues est quantitativement correct. Ils permettent aussi de rêver à une mémoire magnétique à accès aléatoire composée de tels vortex, leur contrôle étant assuré par un courant électrique.

Article : Electrical switching of vortex core in a magnetic disk
K. Yamada, S. Kasai, Y. Nakatani, K. Kobayashi, H. Kohno, A. Thiaville, T. Ono
Nature Materials 6, 270-273 (2007)
http://www.nature.com/nmat/journal/...

Contact : André Thiaville

Laboratoire de Physique des Solides

Université Paris-Sud, CNRS UMR8502

Bâtiment 510

91405 Orsay cedex, FRANCE

thiaville@lps.u-psud.fr

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