Les skyrmions sont des bulles magnétiques atypiques (chirales). À l'intérieur, l'aimantation y est uniforme, comme dans un domaine ferromagnétique, tandis qu'à l'extérieur, elle pointe dans la direction opposée. La paroi délimitant un skyrmion a en revanche une « texture » magnétique singulière. Imaginons que nous traversions ce skyrmion. L'aimantation tourne progressivement de 180° à l'intérieur de la paroi d'épaisseur nanométrique (20 à 30 nm), pointe dans la direction qui prévaut à l'intérieur du skyrmion, puis tourne à nouveau dans le même sens de 180° à la traversée de la deuxième paroi. Elle a finalement tourné de 360°, alors que dans une bulle magnétique non chirale, les deux rotations de 180° se seraient compensées. C'est précisément cette particularité qui confère aux skyrmions des propriétés intéressantes pour stocker et manipuler l'information plus facilement.
Crédit Zhang et al.
Dans le cas étudié, cette topologie magnétique s'explique par une interaction d'interface (dite de Dzyaloskinskii-Moriya) au sein d'un empilement asymétrique de films ultra-minces platine – cobalt – alumine. Cette configuration favorise la création de skyrmions stables, peu sensibles aux défauts et mobiles sous l'effet d'un courant électrique.
Les chercheurs ont réussi à moduler par une tension de grille la taille et la densité de skyrmions magnétiques dans ces empilements composés d'un métal lourd (platine), d'un métal ferromagnétique très fin (cobalt) et d'un oxyde isolant (alumine). Ils ont pu totalement effacer les skyrmions puis les faire réapparaître.
Si le déplacement des skyrmions grâce à un courant électrique était déjà assez bien maîtrisé, leur création et annihilation par une tension est une première à température ambiante. Cet interrupteur, qui utilise des matériaux compatibles avec l'électronique classique, est une brique de base essentielle pour réaliser de futurs dispositifs spintroniques basés sur les skyrmions.
Ces mesures ont été réalisées sur des skyrmions de taille micrométrique. La prochaine étape consistera à étudier des skyrmions plus petits et donc plus intéressants pour les applications. Ils seront cependant beaucoup plus difficiles à observer.