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Three-dimensional magnetization textures: Discovery and control on the nanoscale

Description du projet

Exploiter la puissance des supports d’information magnétiques se déplaçant librement dans les trois dimensions

Au cours des deux dernières décennies, les matériaux magnétiques sont devenus contrôlables à l’échelle nanométrique, ouvrant la porte à des phénomènes uniques avec des applications potentielles très intéressantes. Les nanostructures magnétiques, notamment les nanoparticules, les nanofils, les auto-assemblages, les nanoclusters, les nanogranules, les multicouches et les films ultraminces trouvent des applications dans des domaines tels que le stockage de données, la détection, la spintronique et la biomédecine. Jusqu’à récemment, la plupart des nano-aimants structurés étaient des nanostructures planes en 2D. Les progrès réalisés dans les méthodes de synthèse permettent aujourd’hui d’obtenir des structures 3D aux propriétés sans précédent. Parmi les structures les plus intéressantes figurent les solitons magnétiques, un état lié de nombreuses excitations magnétiques élémentaires ou magnons. Le projet 3D MAGiC, financé par l’UE, réunit quatre groupes de recherche de premier plan dans le but de faire passer ce domaine à un niveau supérieur grâce à des études théoriques et expérimentales sur la nucléation, la stabilité, la dynamique et le transport associés aux solitons magnétiques 3D.

Objectif

Over the past 150 years, many of the greatest questions in physics, spanning astronomical dimensions to quarks, have addressed how particles can emerge in continuous fields. In this highly exploratory project, we will open a window into the behavior and control of some of the least explored and most puzzling objects in nanomagnetism: three-dimensional (3D) magnetic solitons (MSs). These are spatially localized stable magnetization textures that have particle-like properties and are expected to move and interact in 3D in magnetic crystals and heterostructures in a similar manner to ordinary particles. Until now, their theoretical study has been restricted to simple models, while the experimental study of individual 3D MSs is nearly unexplored as a result of their deep-sub-micron size and a current lack of suitable characterization techniques. We bring together four complementary research groups with expertise in theoretical descriptions of magnetism, device physics and magnetic characterization with high spatial and temporal resolution. Methodological breakthroughs by the partners will enable new fundamental theoretical and experimental insights into the nucleation, stability, dynamics and transport of 3D MSs, which are predicted to be influenced strongly by their nontrivial topology. Particular attention will be paid to the manner in which 3D MSs can be controlled and manipulated dynamically. This project will open the field of 3D magnetization textures at the nanoscale to fundamental science,with a view to enabling disruptive applications. 3D MSs are foreseen to play the role of information carriers that can move freely in any spatial direction and to offer a key advance over conventional 2D magnetization textures. Results from the project will provide guidelines for their use in applications that include magnetic storage technology and neuromorphic information processing systems and enable the realization of pervasive new 3D device concepts.

Régime de financement

ERC-SyG - Synergy grant

Institution d’accueil

FORSCHUNGSZENTRUM JULICH GMBH
Contribution nette de l'UE
€ 6 841 603,00
Adresse
WILHELM JOHNEN STRASSE
52428 Julich
Allemagne

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Région
Nordrhein-Westfalen Köln Düren
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 6 841 603,75

Bénéficiaires (3)