Des physiciens ont filmé en temps réel la fusion d’un réseau de structures magnétiques miniatures appelées skyrmions. Cette percée, publiée dans la revue Nature Nanotechnology, pourrait ouvrir la voie à des mémoires et des processeurs beaucoup plus économes en énergie.

Des physiciens filment la fonte de tourbillons magnétiques

L’expérience a permis de filmer pour la première fois la transition d’un réseau ordonné de tourbillons magnétiques vers un état désordonné. L’étude, intitulée « Real-time observation of topological defect dynamics mediating two-dimensional skyrmion lattice melting » et menée par Raphael Gruber avec des collaborateurs, décrit la dynamique des défauts topologiques qui orchestrent cette fonte.

Les travaux ont principalement été menés à l’Institut de physique de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence, en Allemagne, avec la contribution d’un professeur de l’Université norvégienne de sciences et de technologie (NTNU).

Les skyrmions sont de petits tourbillons magnétiques nanométriques capables de stocker des informations d’une manière inédite.

Selon Asle Sudbø, qui dirige le Centre for Quantum Spintronics (QuSpin) de la NTNU, les skyrmions sont de petits vortex magnétiques qui peuvent stocker des informations d’une toute nouvelle manière.

Vers une informatique inspirée du cerveau biologique

L’électronique à semi-conducteurs classique se heurte à des limites physiques en matière de consommation d’énergie.

Photo : tech.news.am

Cette électronique classique se heurte aussi à des limites de réduction de taille.

Les skyrmions intéressent la spintronique et la recherche sur les effets quantiques topologiques.

La manipulation directe de ces structures permet d’envisager des architectures neuromorphiques capables de reproduire certains comportements de traitement de l’information propres aux systèmes biologiques.

Au lieu de la technologie actuelle, où nous avons constamment besoin de plus d’espace et d’énergie pour traiter les données, les skyrmions pourraient permettre de construire des systèmes de stockage de données beaucoup plus petits et plus économes en énergie, a souligné Sudbø, cité par ScienceDaily.

Le chercheur a également indiqué que ces vortex à l’échelle nanométrique pourraient aider à développer des ordinateurs qui ressemblent à des cerveaux biologiques.

Le contrôle des défauts topologiques et de la mobilité

Les chercheurs ont suivi le déplacement de défauts topologiques qui se propagent jusqu’à cent fois plus vite que les skyrmions eux-mêmes. L’équipe a employé deux méthodes pour induire la transition du réseau ordonné vers l’état liquide.

Photo : friedengineers.com

La première méthode repose sur l’augmentation progressive d’un champ magnétique perpendiculaire qui réduit la taille et la densité des skyrmions.

La seconde méthode consiste à appliquer des oscillations de champ magnétique pour accroître leur mobilité.

Pour la première fois, les scientifiques ont pu modifier la forme et la taille de chaque vortex individuel en plein vol pendant l’enregistrement vidéo du phénomène.

Les résultats apportent des données inédites sur la manière dont ces particules réagissent lorsque leurs structures organisées se désintègrent.

Les auteurs identifient des obstacles pour la mise en œuvre pratique

Les auteurs de l’étude notent qu’il est indispensable de concevoir des matériaux comportant moins de sites d’ancrage susceptibles d’entraver le libre mouvement des skyrmions. La maîtrise de ces paysages énergétiques doit permettre d’améliorer le contrôle des interactions entre défauts et d’envisager la transmission de données à très faible consommation.

Les résultats nous donnent un nouvel aperçu du comportement de ce type de particules. Cela pourrait donc devenir important pour le développement d’une technologie informatique plus économe en énergie à l’avenir, a résumé Sudbø, rapporté par ScienceDaily, ajoutant que cela pourrait révolutionner la façon dont nous pensons aux ordinateurs.