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De minuscules aimants torsadés pourraient multiplier par 20 la capacité du disque dur – High-teK.ca

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Les physiciens quantiques de l’Université de Hambourg ont enfin trouvé comment lire et écrire des données à l’aide de skyrmions – de minuscules nœuds torsadés de magnétisme qui pourraient permettre des densités de stockage 20 fois supérieures aux disques durs actuels – permettant des disques durs qui pourraient un jour stocker des centaines de téraoctets de données, ou encore des disques de la taille d’un doigt pouvant transporter quelques téraoctets.

Depuis qu’ils ont été hypothétiquement décrits pour la première fois dans les années 1960 par un physicien britannique appelé Tony Skyrme (oui, ils portent son nom), les skyrmions sont restés assez insaisissables. À l’époque, les skyrmions n’ont jamais vraiment décollé car les physiciens théoriciens s’intéressaient davantage aux quarks et à la théorie des cordes. Au cours des dernières années, cependant, à mesure que nos outils d’observation et de test des effets quantiques se sont améliorés, le skyrmion est revenu à la mode.

Fondamentalement, un skyrmion est un vortex torsadé d’atomes de palladium magnétisés. La magnétisation d’un atome est définie par le spin de ses électrons – selon la façon dont ils tournent, le pôle magnétique se trouve soit en haut, soit en bas de l’atome (comme une toute petite barre aimantée). En général, les atomes magnétisés s’alignent dans une direction, ce qui fait que les échantillons macroscopiques présentent le même comportement, c’est-à-dire un véritable barreau aimanté. Dans un skyrmion, cependant, les atomes ne s’alignent pas ; au lieu de cela, ils forment un vortex torsadé (photo ci-dessus).

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En raison d’une propriété connue sous le nom de stabilité topologique, ces tourbillons sont étonnamment robustes. De la même manière qu’il est impossible d’enlever la torsion d’une bande de Möbius sans la détruire complètement, ces skyrmions peuvent être poussés, mais le vortex reste. Plus important encore, cependant, la stabilité topologique des skyrmions persiste à des échelles minuscules. Dans ce cas, les chercheurs ont pu créer des tourbillons stables composés de seulement 300 atomes, soit quelques nanomètres. Dans les disques durs conventionnels, où le ferromagnétisme conventionnel est utilisé et où il n’y a pas de stabilité topologique, chaque site magnétique (c’est-à-dire bit) doit être beaucoup plus grand (des dizaines de nanomètres), sinon les bits voisins peuvent se corrompre et interférer les uns avec les autres.

Les chercheurs de l’Université de Hambourg, dirigés par Kristen von Bergmann, ont utilisé un microscope à effet tunnel (STM) pour créer et détruire des skyrmions. En utilisant la pointe du STM pour appliquer un flux d’électrons « tordus » (polarisés), les atomes de palladium alignés nord-sud peuvent être convertis en skyrmions (les points noirs dans la vidéo ci-dessus). En appliquant des électrons avec le spin opposé, les skyrmions peuvent être supprimés. (Voir: Comment fonctionne un disque dur.)

C’est la première fois que des skyrmions sont créés et supprimés depuis leur conception théorique dans les années 60, mais nous sommes encore loin des disques durs de 100 téraoctets basés sur des skyrmions. Les microscopes à effet tunnel sont des appareils de la taille d’une pièce et, dans ce cas, le palladium devait être refroidi avec de l’hélium liquide (4,2 Kelvin, -269 Celsius) avant que le skyrmion ne joue au ballon. A court terme, enregistrement magnétique assisté par la chaleur (HAMR) promet des améliorations massives de la densité des disques durs, et il devrait être bientôt prêt pour un déploiement commercial. Pourtant, à mesure que les ordinateurs deviennent de plus en plus petits et que les besoins en stockage de données augmentent de façon exponentielle, les skyrmions dans la stabilité spécifique et topologique en général seront probablement au centre de nombreuses recherches futures.

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Document de recherche: DOI : 10.1126/science.1240573 – « Écrire et supprimer des skyrmions magnétiques uniques »

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