Des physiciens du Centre de recherche de Dresde-Rossendorf (FZD) ont réussi à créer des tourbillons magnétiques autour de trois noyaux nano-magnétiques dans une couche mince. Des examens supplémentaires dans l'installation synchrotron de l'Institut Paul Scherrer en Suisse ont montré des formes de déplacement imprévisibles.
Les potentielles applications du magnétisme sont encore incertaines aujourd'hui. La connaissance des structures magnétiques à l'échelle nanométrique est déterminante. Actuellement, les tourbillons produits engendrent en leur centre des "noyaux" magnétiques d'environ 10 nanomètres possédant un sens de magnétisation très stable, ce qui laisse espérer des applications dans les mémoires non volatiles (NVRAM [1]), c'est-à-dire les mémoires qui conservent les données en l'absence d'alimentation électrique.
Pour l'instant, les physiciens du FZD s'intéressent encore aux phénomènes fondamentaux des tourbillons magnétiques : un disque formé d'un matériau magnétique de quelques micromètres d'épaisseur est utilisé pour les expériences. Lorsque le champ magnétique circule sur le disque comme le vent dans une tornade, il existe un "noyau" de quelques 20 atomes comparable à l'oeil du cyclone au centre du disque. Si on place ce disque dans un champ magnétique extérieur, le noyau se déplace du centre au bord du disque. En retirant ce même champ, le noyau retourne vers le centre en suivant une trajectoire en spirale dans un sens arbitraire. Le noyau se distingue par un champ magnétique stable (par opposition aux tourbillonnements), de direction perpendiculaire au disque, dirigé vers le haut ou vers le bas.
Un tel tourbillon magnétique est appelé vortex. Quatre états de mouvements existent pour chaque vortex : des tourbillonnements magnétiques tournant soit à droite soit à gauche sur le disque combinés à un champ magnétique du noyau dirigé soit vers le bas soit vers le haut.
Comme à tout état fondamental correspond un anti-état, il existe un antivortex. Pour la première fois, les physiciens du FZD ont réussi à étudier les mouvements en combinant deux tourbillons et un "anti-tourbillon" dans une couche mince ferromagnétique. Normalement, les effets d'un tourbillon et d'un "anti-tourbillon" devraient s'annuler mais deux tourbillons alignés à un "anti-tourbillon" forment une entité très stable. Les expériences se sont déroulées au "Swiss Light Source" de l'Institut Paul Scherrer en Suisse, ayant pour objectif de répondre aux questions suivantes : - Quelle est l'interaction dynamique des noyaux magnétiques des deux tourbillons et de l'anti-tourbillon? - Les noyaux se repoussent-ils, s'attirent-ils ou se détruisent-ils mutuellement ? - Les mouvements sont-ils amplifiés ou diminués ? - Quel rôle jouent les murs magnétiques dans la dynamique de la configuration ?
Dr. Jürgen Fassbender ajoute : "Pour la première fois nous avons pu observer la forme de mouvement de l'anti-tourbillon en particulier. Cela nous permet de comprendre les effets de changements des trois noyaux beaucoup mieux que lors des simulations. De plus, nous avons pu déterminer leurs trajectoires, leur petite taille [...]".
Par la suite, l'équipe de Dr. Jürgen Fassbender essaiera de produire uniquement un anti-tourbillon isolé, dont la dynamique de magnétisation n'a pas encore pu être observée. Cela permettra d'expliquer la dynamique de structures plus complexes.
