Skyrmion

Un skyrmion est une superposition quantique de baryons et d'états de résonance[2], ou plus simplement un vortex ou tourbillon de spin sur une surface, qui peut être créé par la pointe d'un microscope à effet tunnel.

C'est sous la forme du vortex de spin que les physiciens allemands ont fait leur découverte[1].

Un skyrmion peut être approché par un soliton de l'équation Sine-Gordon ; après quantification par la méthode de l'ansatz de Bethe[3], il devient un fermion interagissant selon le modèle de Thirring.

Des skyrmions ont été rapportés comme étant présents dans des condensats de Bose-Einstein[4], des supraconducteurs[5], des couches minces aux propriétés magnétiques[6] et des cristaux liquides chiraux nématiques[7]. L'étude des skyrmions a connu un regain d'intérêt au début du XXI^e siècle, compte tenu de potentielles applications en microélectronique[8].

Comparé aux configurations en domaines magnétiques pour le stockage usuel d'information, les skyrmions magnétiques peuvent être formés et déplacés avec un faible coût énergétique, et sont plus stables face aux perturbations extérieures telles que des fluctuations de température ou de champ magnétique.

La "charge topologique locale", représentant la présence ou l'absence de skyrmions, peut permettre de représenter des bits à l'état "1" et "0". Des physiciens de l'université de Hambourg Kristen von Bergmann et ses collègues, dirigés par Roland Wiesendanger, après avoir découvert les skyrmions, ont ainsi réussi à lire et écrire des skyrmions[9]. La petite taille des skyrmions peut permettre un stockage de données[10] à très forte densité : un disque dur d'ordinateur de 3.5 pouces en technologie standard pourrait avoir la taille d'une pièce d'un centime, en stockant l'information avec des skyrmions adjacents.

En 2015 des chercheurs de l'UCLA et de l'U.S. Department of Energy's Argonne National Laboratory estiment disposer d'une nouvelle méthode leur permettant de créer à température ambiante et à des coûts raisonnables et avec un simple équipement classique de laboratoire et des matériaux communs des « bulles de skyrmions magnétiques ». Ces îlots magnétiques peuvent être formés dans certaines matières et on peut les déplacer et les organiser en utilisant des courants électriques, ce qui pourrait peut-être permettre de les utiliser pour former les 1 et 0 d'une mémoire d'ordinateur[11].

Une technologie basée sur les skyrmions et les anti-skyrmions pourraient peut-être bientôt contribuer à stabiliser les systèmes spintroniques, et à accroître la miniaturisation et le pouvoir de traitement des ordinateurs, au-delà même des limites de la loi de Moore[12]^,[13]

Fin 2020, une équipe de chercheurs du laboratoire suisse de l'Empa a réussi pour la première fois à réaliser un système multicouche complexe dans lequel deux skyrmions différents - les futurs bits pour "0" et "1" - peuvent exister à température ambiante[14].