Publié le 8 janvier 2026 à 20h00. Des chercheurs allemands ont mis en évidence un phénomène inattendu dans de minuscules vortex magnétiques, ouvrant la voie à de nouvelles avancées en spintronique et en informatique quantique.
- Une équipe du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) a découvert de nouveaux états d’oscillation dans des vortex magnétiques, appelés états de Floquet.
- Contrairement aux méthodes précédentes, cette découverte ne nécessite pas d’impulsions laser énergivores, mais une simple excitation par des ondes magnétiques.
- Ce phénomène pourrait servir d’interface universelle entre l’électronique, la spintronique et les composants quantiques.
Des vortex magnétiques se forment naturellement dans de fines couches de matériaux magnétiques, comme le nickel-fer, dont la taille est de l’ordre du micromètre. Au sein de ces vortex, les moments magnétiques élémentaires, comparables à de minuscules aiguilles de boussole, s’alignent en cercle. Lorsqu’une force extérieure est appliquée, des ondes se propagent à travers cette structure, créant un effet domino où chaque aiguille influence la suivante. Ces ondes collectives sont connues sous le nom de magnons. « Ces magnons peuvent transporter des informations à travers l’aimant sans circulation de charges électriques », explique le Dr Helmut Schultheiss, chef de projet à l’Institut de physique des faisceaux d’ions et de recherche sur les matériaux du HZDR. « Cela les rend particulièrement intéressants pour le développement de nouvelles technologies informatiques. »
L’équipe de Dresde a mené des expériences sur des disques magnétiques de plus en plus petits, réduisant leur diamètre de quelques micromètres à quelques centaines de nanomètres. L’objectif était d’évaluer leur potentiel pour l’informatique neuromorphique, un nouveau paradigme informatique inspiré du fonctionnement du cerveau humain. Cependant, lors de l’analyse des données, les chercheurs ont observé un schéma inattendu : au lieu d’une seule fréquence de résonance, le spectre mesuré affichait une série de raies finement divisées, un véritable « peigne de fréquences ». « Au début, nous avons pensé à une erreur de mesure ou à une interférence », se souvient le Dr Schultheiss. « Mais lorsque nous avons répété l’expérience, l’effet est réapparu. Il était donc clair qu’il y avait quelque chose de nouveau en jeu. »
L’explication de ce phénomène réside dans la théorie du mathématicien français Gaston Floquet, qui, à la fin du XIXe siècle, a démontré que les systèmes soumis à une stimulation rythmique peuvent adopter de nouveaux états. Si un système est régulièrement excité, des oscillations supplémentaires apparaissent, qui n’étaient pas présentes à l’état de repos. Jusqu’à présent, ces états de Floquet ne pouvaient être créés qu’avec des impulsions laser puissantes, nécessitant une forte consommation d’énergie. L’équipe de Dresde a découvert que ces états se forment spontanément dans les vortex magnétiques lorsqu’ils sont suffisamment excités par des magnons. L’énergie est alors transférée au noyau du vortex, qui commence à effectuer un léger mouvement circulaire. Ce mouvement, bien que minime, module rythmiquement l’état magnétique.
Ce phénomène se manifeste dans les mesures sous la forme du peigne de fréquences observé : au lieu d’une résonance unique, un ensemble de raies régulièrement espacées apparaît, comme si un seul son se décomposait en plusieurs harmoniques. « Nous avons été surpris de constater qu’un si petit mouvement du noyau était suffisant pour diviser le spectre des magnons en une multitude de nouveaux états », souligne le Dr Schultheiss.
L’un des aspects les plus remarquables de cette découverte est la faible quantité d’énergie nécessaire pour initier le processus. Là où des impulsions laser puissantes sont généralement requises, quelques microwatts (une fraction infime de la consommation d’un téléphone portable en veille) suffisent. Cette caractéristique ouvre des perspectives prometteuses. Par exemple, ces peignes de fréquences pourraient faciliter la coordination entre différents systèmes, tels que la connexion de phénomènes térahertz ultra-rapides à l’électronique classique ou aux composants quantiques. « Nous appelons cela l’adaptateur universel », explique le Dr Schultheiss. « Tout comme un adaptateur USB permet de connecter des appareils dotés de ports différents, les magnons de Floquet pourraient servir de pont entre des fréquences qui ne seraient pas compatibles autrement. »
L’équipe prévoit déjà de poursuivre ses recherches en testant l’applicabilité de ce principe à d’autres structures magnétiques. Cet effet pourrait également jouer un rôle important dans le développement de nouvelles technologies informatiques, en facilitant le couplage des signaux magnons avec des circuits électroniques ou des systèmes quantiques. « Notre découverte ouvre de nouvelles voies pour répondre à des questions fondamentales sur le magnétisme », conclut le Dr Schultheiss. « Et elle pourrait, à terme, contribuer à mieux connecter les domaines de l’électronique, de la spintronique et de l’information quantique. »
Toutes les mesures des vortex magnétiques et l’évaluation des données provenant de divers instruments ont été réalisées à l’aide du programme Labmule, développé au HZDR et conçu comme un outil d’automatisation de laboratoire.
Publication :
C. Heins, L. Körber, J.-V. Kim, T. Devolder, JH Mentink, A. Kákay, J. Fassbender, K. Schultheiss, H. Schultheiss : Magnons de Floquet auto-induits dans des vortex magnétiques, dans Science, 2026 (DOI : 10.1126/science.adq9891).
Informations complémentaires :
Dr Helmut Schultheiss
Institut de physique des faisceaux d’ions et de recherche sur les matériaux au HZDR
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Contacts scientifiques :
Dr Helmut Schultheiss
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Publication originale :
C. Heins, L. Körber, J.-V. Kim, T. Devolder, JH Mentink, A. Kákay, J. Fassbender, K. Schultheiss, H. Schultheiss : Magnons de Floquet auto-induits dans des vortex magnétiques, dans Science, 2026 (DOI : 10.1126/science.adq9891)
Images
Vue d’artiste des magnons contrôlés par Floquet : Un vortex magnétique statique est mis en mouvement par une excitation périodique dans le temps, générant ainsi un peigne de fréquence magnonique.
Source : Katrin et Helmut Schultheiss
Droits d’auteur : Katrin et Helmut Schultheiss
Mots-clés de ce communiqué de presse :
Chimie, énergie, informatique, physique/astronomie
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