La recherche ouvre une nouvelle dimension aux technologies futures

Les hopfions, structures de spin magnétiques prédites il y a des décennies, sont devenus un sujet de recherche brûlant et stimulant ces dernières années. Dans une étude publiée dans Naturela première preuve expérimentale est présentée par une collaboration de recherche suédo-germano-chinoise.

“Nos résultats sont importants d’un point de vue fondamental et appliqué, car un nouveau pont est apparu entre la physique expérimentale et la théorie mathématique abstraite, ce qui pourrait permettre aux hopfions de trouver une application en spintronique”, explique Philipp Rybakov, chercheur au Département de physique. et astronomie à l’Université d’Uppsala, en Suède.

Une compréhension plus approfondie du fonctionnement des différents composants des matériaux est importante pour le développement de matériaux innovants et de technologies futures. Le domaine de recherche de la spintronique, par exemple, qui étudie le spin des électrons, a ouvert des possibilités prometteuses pour combiner l’électricité et le magnétisme des électrons pour des applications telles que la nouvelle électronique.

Les skyrmions et hopfions magnétiques sont des structures topologiques – des configurations de champ bien localisées qui ont été un sujet de recherche brûlant au cours de la dernière décennie en raison de leurs propriétés uniques semblables à celles des particules, qui en font des objets prometteurs pour les applications spintroniques.

Les skyrmions sont bidimensionnels, ressemblant à des cordes de type vortex, tandis que les hopfions sont des structures tridimensionnelles au sein d’un volume d’échantillon magnétique ressemblant à des cordes de skyrmions fermées et torsadées en forme d’anneau en forme de beignet dans le cas le plus simple.

Malgré des recherches approfondies ces dernières années, l’observation directe d’hopfions magnétiques n’a été rapportée que dans un matériau synthétique. Ce travail actuel constitue la première preuve expérimentale de tels états stabilisés dans un cristal de plaques de FeGe de type B20 par microscopie électronique à transmission et holographie.

Les résultats sont hautement reproductibles et en plein accord avec les simulations micromagnétiques. Les chercheurs proposent une classification unifiée d’homotopie skyrmion-hopfion et donnent un aperçu de la diversité des solitons topologiques dans les aimants chiraux tridimensionnels.

Les résultats ouvrent de nouveaux domaines en physique expérimentale : identification d’autres cristaux dans lesquels les hopfions sont stables, étude de la manière dont les hopfions interagissent avec les courants électriques et de spin, la dynamique des hopfions, etc.

“Étant donné que l’objet est nouveau et que bon nombre de ses propriétés intéressantes restent à découvrir, il est difficile de faire des prédictions sur des applications spintroniques spécifiques. Cependant, nous pouvons spéculer que les hopfions pourraient être du plus grand intérêt lors de la mise à niveau vers la troisième dimension de presque toutes les technologies. en cours de développement avec des skyrmions magnétiques : mémoire de piste, calcul neuromorphique et qubits”, explique Rybakov.

“Par rapport aux skyrmions, les hopfions ont un degré de liberté supplémentaire en raison de leur tridimensionnalité et peuvent donc se déplacer en trois dimensions plutôt qu’en deux.”