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Dans le domaine de la spintronique, les dispositifs spintroniques basés sur des skyrmions magnétiques devraient répondre aux exigences de performances des futurs dispositifs, telles qu'une capacité élevée, une vitesse élevée et une faible consommation d'énergie.

Cependant, les skyrmions magnétiques sont confrontés à de nombreux défis dans l’application de dispositifs pratiques, parmi lesquels le contrôle efficace de la génération et de l’annihilation des skyrmions constitue l’un des problèmes clés.

Pour résoudre ce problème, le groupe de recherche du professeur agrégé Hou Yusheng de l'École de physique de l'Université Sun Yat-sen a utilisé des calculs de principes premiers pour calculer un CrYX (Y = S, Se, Te ; X = Cl, Br, I) monocouche basée sur l'interaction intrinsèque Dzyaloshinskii – Moriya Il a été découvert dans les matériaux magnétiques Janus qu'un champ magnétique externe peut induire l'apparition de skyrmions magnétiques [1].

Photo | Hou Yusheng (Source : Hou Yusheng)

Sur cette base, ils ont pris en compte les caractéristiques de polarisation non volatile des matériaux ferroélectriques bidimensionnels et ont proposé un schéma théorique pour contrôler les skyrmions magnétiques dans les hétérojonctions bidimensionnelles à plusieurs corps de Van der Waals.

Après deux années d'exploration et de recherche, ils ont découvert la conversion entre l'état magnétique intrinsèque du skyrmion et l'état ferromagnétique dans l'hétérojonction multicorps bidimensionnelle de van der Waals composée de CrSeI et In 2 Te 3 .

Dans le même temps, afin d’aider à trouver et à contrôler les skyrmions magnétiques dans d’autres hétérojonctions multiferroïques bidimensionnelles, ils ont proposé un descripteur concis pour définir avec précision la gamme des skyrmions magnétiques.

Récemment, un article connexe a été publié dans Nano Letters sous le titre "Switching Intrinsic Magnetic Skyrmions with Controllable Magnetic Anisotropy in van der Waals Multiferroic Heterostructures 2], et a été sélectionné comme article de couverture du numéro actuel".

Wang Zequan, étudiant en maîtrise à l'Université Sun Yat-sen, est le premier auteur et Hou Yusheng est l'auteur correspondant.

Figure | Articles connexes (Source : Nano Letters)

L'un des examinateurs a considéré la découverte de skyrmions magnétiques intrinsèques et la commutation d'états ferromagnétiques à haute température dans la multiferrohétérojonction bidimensionnelle de van der Waals CrSeI/In 2 Te 3 comme "très intéressantes".

Dans le même temps, cet critique a commenté que le descripteur de skyrmion magnétique proposé dans l'article peut servir de « guide utile » pour manipuler les skyrmions magnétiques dans les hétérojonctions multiferroïques multiferroïques de van der Waals bidimensionnelles largement étudiées.

Un autre critique estime que le schéma théorique proposé cette fois pour contrôler les skyrmions magnétiques dans une hétérojonction multiferroïque de van der Waals bidimensionnelle en utilisant une anisotropie magnétique contrôlable est nouveau.

(Source : Nano Lettres)

D’ici quelques années, ce résultat théorique pourrait avoir des applications pratiques potentielles.

La première application est la mémoire de piste.

En contrôlant avec précision la création et l’annihilation des skyrmions magnétiques, il est possible de concevoir des mémoires de piste avec des densités de stockage extrêmement élevées.

Ce type de mémoire utilise la stabilité topologique des skyrmions magnétiques pour réaliser un stockage à long terme des informations, et utilise en même temps la mobilité des skyrmions magnétiques pour obtenir une lecture et une écriture rapides des informations.

Cela augmentera considérablement la densité et la vitesse du stockage des informations et fournira de nouvelles solutions pour le stockage futur des données.

La deuxième application concerne les dispositifs à portes logiques.

En concevant des dispositifs à portes logiques basés sur des skyrmions magnétiques, il est possible d'obtenir un traitement et une transmission rapides des informations.

Ce type de dispositif à porte logique utilise la stabilité topologique et la mobilité des skyrmions magnétiques pour mettre en œuvre des opérations logiques sur les informations, ce qui peut offrir de nouvelles possibilités aux circuits informatiques.

Dans le même temps, le descripteur de skyrmion magnétique qu'ils ont proposé peut prédire et réguler plus précisément le comportement des skyrmions magnétiques dans des matériaux bidimensionnels, ce qui est bénéfique pour la conception de dispositifs de skyrmion magnétiques offrant de meilleures performances.

(Source : Nano Lettres)

Sur la base des recherches actuelles, ils ont des plans clairs pour les recherches de suivi.

D’une part, les skyrmions magnétiques, en tant que structure de spin spéciale, présentent un grand potentiel dans le domaine de la spintronique.

D'autre part, les matériaux à haute entropie ont fait l'objet de nombreuses recherches et applications dans le domaine de l'ingénierie en raison de leurs excellentes caractéristiques de performance, telles qu'une accordabilité élevée, une conductivité élevée et une résistance élevée à la corrosion.

Ils estiment que la recherche sur la combinaison de skyrmions magnétiques et de matériaux à haute entropie a non seulement une valeur scientifique unique, mais présente également de larges perspectives d'application.

Par conséquent, l’équipe étudiera plus en détail l’existence stable et la régulation des skyrmions magnétiques dans les matériaux à haute entropie.

Grâce aux champs magnétiques externes, aux champs électriques, à la température et à d’autres moyens, ils espèrent parvenir à un contrôle précis du comportement dynamique des skyrmions magnétiques, révélant ainsi le mécanisme de régulation des skyrmions magnétiques dans les matériaux à haute entropie.

En combinant les excellentes propriétés des matériaux à haute entropie, l’équipe de recherche développera de nouveaux matériaux composites à base de skyrmions magnétiques. Ces matériaux devraient offrir de meilleures performances, un coût inférieur et des perspectives d’application plus larges.

Les références:

1. Yusheng Hou, Feng Xue, Liang Qiu, Zhe Wang, Ruqian Wu, Npj Computational Materials, 8, 120 (2022)

2. Wang, ZQ, Xue, F., Qiu, L., Wang, Z., Wu, R., et Hou, Y. (2024). Commutation de skyrmions magnétiques intrinsèques avec anisotropie magnétique contrôlable dans les hétérostructures multiferroïques de van der Waals. Nano Letters, 24(14), 4117-4123.

Composition : He Chenlong, Liu Yakun

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