Manipulation optique des vortex magnétiques visualisée in situ par microscopie électronique

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Comprendre la dynamique fondamentale du vortex topologique et de l'antivortex naturellement formés dans des blocs de construction ferromagnétiques microscopiques / nanométriques sous des perturbations externes est crucial pour le traitement de l'information magnétique à base de vortex et les dispositifs spintroniques. Toutes les études précédentes ont porté sur la commutation vortex-noyau magnétique via des champs magnétiques externes, des courants spin-polarisés ou des ondes de spin, qui ont largement interdit l'étude de nouvelles configurations de spin issues des états fondamentaux des disques ferromagnétiques. Nous rapportons la visualisation in situ des changements de vortex magnétique induite par trempe laser femtoseconde dans divers disques Permalloy symétriques ferromagnétiques en utilisant l'imagerie de phase de Lorentz de la microscopie électronique à quatre dimensions qui permet l'excitation laser in situ. Outre la commutation de la chiralité et de la polarité du vortex magnétique, nous avons observé avec des fréquences d'occurrence distinctes une plénitude de structures magnétiques complexes qui n'ont jamais été observées par commutation assistée par champ magnétique ou par courant. Ces structures magnétiques complexes consistent en un certain nombre de défauts magnétiques topologiques nouvellement créés (vortex et antivortex) conservant strictement le numéro d'enroulement topologique, démontrant l'impact direct des invariants topologiques sur la dynamique d'aimantation dans les disques ferromagnétiques. Leurs configurations de spin montrent une symétrie de miroir ou de rotation due au confinement géométrique des disques. Les simulations micromagnétiques combinées avec les observations expérimentales révèlent la dynamique d'aimantation sous-jacente et le mécanisme de formation des structures magnétiques complexes induites par trempe optique. Leurs taux d'occurrence distincts sont pertinents pour leur énergie de formation-croissance et leurs effets d'épinglage sur le bord du disque. Sur la base de ces découvertes, nous proposons un paradigme de commutation rapide assistée par trempe optique des noyaux vortex pour le contrôle de l'enregistrement d'informations magnétiques à base de vortex et des dispositifs spintroniques.

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