Les bits magnétiques qui permettent de stocker de l'information numérisée sont de petits domaines où les spins (moments magnétiques intrinsèques) des atomes pointent tous dans la même direction. C'est cela qui confère au bit son aimantation, dans un sens ou dans un autre, et qui permet un codage binaire. Or pour des bits de petite taille, l'agitation thermique peut faire basculer l'aimantation et ainsi fausser l'information stockée. Comment s'effectue un tel basculement et quelles sont les conditions qui le favorisent ? Des expériences et des simulations numériques effectuées par Stefan Krause et ses collègues, à l'Université de Hambourg, le précisent.
La plupart des physiciens étaient d'avis qu'à l'échelle nanométrique, les spins d'un domaine aimanté basculaient tous de conserve, avec une probabilité qui dépend du nombre de spins mis en jeu et de l'orientation de l'aimantation par rapport aux axes cristallographiques. Mais les travaux de l'équipe de S. Krause indiquent que le processus est différent : pour des domaines nanométriques comprenant entre 30 et 150 atomes magnétiques, le basculement de l'aimantation se déroule par nucléation (inversion de quelques premiers spins) puis propagation de cette inversion de proche en proche jusqu'à gagner le domaine entier.
Les physiciens allemands ont d'abord déposé sous ultravide du fer sur une surface cristalline de tungstène, le fer formant de minuscules îlots magnétiques d'épaisseur monoatomique et constitués d'une trentaine d'atomes et plus. Avec un microscope à effet tunnel, ils ont pu enregistrer les inversions de l'aimantation de ces îlots : grâce à une pointe en chrome utilisée pour le microscope, le courant d'électrons entre la pointe et l'îlot est polarisé et donc sensible au sens de l'aimantation de l'îlot.
Comme attendu, plus l'îlot est petit, plus son aimantation bascule souvent. Ce qui est plus surprenant, c'est que la probabilité de basculement dépend fortement de la forme de l'îlot (allongé ou non dans telle ou telle direction). S. Krause et ses collègues interprètent cette dépendance en termes d'une propagation de proche en proche du basculement des spins au sein d'un îlot, la propagation ayant des directions préférentielles en raison des anisotropies cristallographiques. Ces résultats et ce modèle, qu'appuient des simulations numériques, auront probablement un impact sur la conception de nano-objets magnétiques dont l'aimantation doit pouvoir basculer plus (capteurs magnétiques) ou moins (bits de stockage d'information) facilement.
