News – GB – Long-distance transport of deconfined magnetic hedgehogs

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18 January 2021

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par Ingrid Fadelli, Physorg

Spintronics is an emerging field of research that aims to develop devices that transmit, traitent et stockent des informations en exploitant le moment angulaire intrinsèque des électrons, appelé spin Un objectif clé des études de spintronique est d’identifier des stratégies d’utilisation d’isolateurs magnétiques pour réaliser le transport de signaux sur de longues distances

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Les isolants magnétiques sont une classe de matériaux largement utilisés dans le monde, principalement en raison de leur capacité à conduire des charges électriques Tout comme les métaux conduisent des charges électriques, les isolateurs magnétiques peuvent conduire des spins Néanmoins, comme les spins sont rarement conservés dans les matériaux et ont tendance à disparaître sur de longues distances, until now, l’utilisation d’isolateurs magnétiques pour réaliser un transport à longue distance s’est avérée très difficile.

Des chercheurs ont récemment démontré le transport à longue distance de hérissons magnétiques, des structures de spin topologiques en 3D qui sont souvent observées dans des aimants communs Leur travail, décrit dans un article publié dans Physical Review Letters, pourrait avoir des implications importantes pour le développement de dispositifs spintroniques.

“Notre idée est de recourir à des textures de spin topologiques plutôt que de se tourner à des fins de transport à longue distance”, a déclaré Shu Zhang, l’un des chercheurs qui ont mené l’étude, à Physorg “Le hérisson magnétique est un type de texture de spin protégée topologiquement qui sort de manière générique dans des aimants tridimensionnels Nos travaux montrent que le courant hérisson est une quantité bien conservée et peut être exploré pour réaliser un transport à longue distance dans des isolateurs magnétiques”

L’étude récente de Zhang et de ses collègues est basée sur une construction théorique connue sous le nom de loi de conservation topologique, qui a permis aux chercheurs de tirer parti de l’idée d’hydrodynamique des textures de spin topologiques Cette idée a déjà été explorée dans une série d’études menées par le physicien Yaroslav Tserkovnyak

“La principale approche théorique que nous avons appliquée dans notre étude est la théorie classique des champs”, a expliqué Zhang «Nous décrivons la distribution spatio-temporelle des spins comme un champ vectoriel continu, au-dessus duquel les textures topologiques et leurs courants peuvent être définis et étudiés Nous avons constaté que la description mathématique des courants hérisson porte en fait une analogie avec la théorie des champs la plus renommée, celle de l’électromagnétisme.”

Lorsqu’ils ont entrepris d’étudier le transport à longue distance, Zhang et ses collègues ont spécifiquement envisagé une configuration “ typique ” réalisable expérimentalement, dans laquelle le courant d’un hérisson est injecté et détecté à l’aide de contacts métalliques attachés aux deux extrémités d’un aimant. In their article, ils proposent que dans ce scénario, un aimant puisse être vu comme un conducteur qui transporte le courant de textures topologiques de spin avec une conductance finie Cette idée met finalement en évidence le potentiel de l’utilisation d’isolateurs magnétiques pour réaliser le transport sur de longues distances

“Je pense qu’il est très excitant d’envisager la possibilité que des isolants magnétiques ordinaires puissent être utilisés pour le transport à longue distance”, a déclaré Zhang “Cela rendra possible la réalisation de différents circuits de spin avec un rendement énergétique élevé en raison de l’absence de chauffage Joule”

In the future, l’étude pourrait inspirer d’autres équipes de recherche à approfondir la dynamique de transport des textures de spin topologique, en particulier celles des hérissons magnétiques, qui sont largement disponibles. Le développement de stratégies efficaces pour contrôler ces dynamiques ouvrirait à terme de nouvelles possibilités pour permettre la transmission à longue distance d’informations dans des dispositifs spintroniques utilisant des matériaux magnétiques 3D.

“Nous espérons voir nos idées testées prochainement”, a déclaré Zhang “Notre travail actuel est basé sur des considérations classiques ou semi-classiques de spins À l’avenir, il serait intéressant de voir comment les textures topologiques de spin pourraient contribuer au transport dans les aimants quantiques”

© Science X Network 2021

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Magnetism, Hérisson, Physique, Spintronique