Anneaux topologiques: Structure, dynamique et contrôle d'Hopfions – TOROID

Les structures magnétiques topologiques telles que les parois de domaine, les vortex et les skyrmions sont au cœur des questions modernes en magnétisme. Elles présentent plusieurs propriétés uniques qui les rendent attractives pour la recherche fondamentale et les applications spintroniques. Parallèlement à l'intérêt scientifique pour ces structures topologiques, le nanomagnétisme tridimensionnel a émergé ces dernières années comme un domaine de recherche dynamique. Dans ce contexte, les structures magnétiques de Hopfions qui sont à la fois intrinsèquement topologiques et tridimensionnelles sont récemment devenues un important centre d'attention. Alors que les Hopfions - des structures nouées qui peuvent être considérées comme une généralisation tridimensionnelle de skyrmions - ont été étudiés intensivement dans le domaine voisin des cristaux liquides, ils restent exotiques et sous-explorés dans les matériaux magnétiques, malgré un intérêt croissant. Les questions clés à explorer concernent les conditions conduisant à leur formation, leur comportement dans des géométries confinées et la capacité de contrôler ces structures par des moyens externes.
L'objectif scientifique du projet TOROID est d'obtenir une compréhension théorique approfondie de la physique fondamentale complexe des Hopfions magnétiques et de leurs propriétés. Les équipes de K. Everschor-Sitte (Duisburg-Essen - UDE) et R. Hertel (Strasbourg - IPCMS) unissent leurs forces pour étudier la structure, la stabilité et la dynamique des Hopfions magnétiques en combinant théorie analytique et simulations micromagnétiques. Nous étudierons les propriétés des Hopfions dans des systèmes massifs et dans des géométries confinées tridimensionnelles. Notre point de départ est d'analyser et d'identifier avec précision ces objets topologiques tridimensionnels caractérisés par l'indice de Hopf. Un premier objectif est d'obtenir une compréhension approfondie des conditions nécessaires à leur stabilisation dans divers échantillons hôtes. Une fois que nous aurons acquis une connaissance suffisamment détaillée des Hopfions individuels, nous aborderons les interactions entre paires et dans des réseaux d’Hopfions, comprenant l'analyse des modes dynamiques couplés. Nous utiliserons les résultats des simulations pour développer des modèles analytiques décrivant la dynamique des Hopfions. Enfin, nous étudierons les moyens de manipuler et de contrôler ces structures par des courants et des champs appliqués. L'exploration de ces aspects pourrait fournir des informations essentielles sur l'applicabilité des Hopfions dans les dispositifs nanomagnétiques.