Symétrie réduite, localisation non locale et stabilité thermique augmentée dans les aimants 2D

27 octobre 2026

Des chercheurs du groupe MEM du CEMES-CNRS, en collaboration avec l’Université de Kiel (Allemagne), démontrent que les bimérons magnétiques sont fondamentalement différents des skyrmions. Leur symétrie réduite, associée à des interactions à longue portée entre solitons et à une dégénérescence entre particules et antiparticules, favorise la formation de macrostructures stables en réseau, ouvrant de nouvelles perspectives pour les futures technologies de stockage et de traitement de l’information.

Les skyrmions magnétiques, des textures de spin en forme de vortex caractérisées par une charge topologique Q=-1, suscitent un intérêt considérable pour les architectures de calcul spintronique intégrant la mémoire et le traitement de l’information, permettant potentiellement de surmonter le goulot d’étranglement de von Neumann. Dans ce contexte, une stabilité thermique suffisante des solitons est essentielle pour le calcul non volatil en mémoire. Cependant, cet aspect essentiel reste rarement abordé dans la littérature, en raison de sa complexité numérique et analytique. En particulier, aucune estimation de la durée de vie des bimérons, généralement considérés comme un type particulier de skyrmions, n’avait jusqu’à présent été rapportée, quel que soit le matériau.

(a) Évolution de l’énergie des bimérons (Q=-1, rouge) et des antibimérons (Q=+1, bleu) en fonction du champ magnétique. (b) Transformations induites par le champ magnétique: Des bimérons en skyrmions (en haut) et des antibimérons en antiskyrmions (en bas). (c) Durées de vie des bimérons de charge topologique élevée à B_z = 0 T, représentées en fonction de l’inverse de la température pour différentes valeurs de Q.

Dans trois études théoriques publiées en 2026 [1-3], les chercheurs révèlent de nouveaux mécanismes gouvernant l’émergence et la durée de vie des bimérons dans les matériaux 2D (voir Fig. 1). À l’aide de calculs ab initio et de simulations atomistiques de spins, ils prédisent la coexistence de skyrmions et de bimérons, ainsi que des transformations entre ces textures sous l’effet d’un champ magnétique, dans une hétérostructure de van der Waals expérimentalement réalisable, Fe3GeTe2/Cr2Ge2Te6 [1]. Ils étendent ensuite la théorie de l’état de transition afin de calculer, pour la première fois, les durées de vie des bimérons et des antibimérons [2]. De manière remarquable, ils remettent en question l’idée largement répandue selon laquelle les bimérons seraient simplement les équivalents des skyrmions dans le plan. Ils démontrent que leur symétrie spatiale réduite, dans un environnement invariant par rotation, donne naissance à des propriétés fondamentalement différentes de celles des skyrmions, notamment en matière de localisation spatiale, de stabilité thermique dominée par l’entropie et de comportement de type instanton sous l’effet d’un champ magnétique appliqué. Sur la base de ces découvertes, les chercheurs étendent leurs investigations aux bimérons et antibimérons de charge topologique élevée (|Q| > 1) [3]. De manière surprenante, ils prédisent que la durée de vie de ces bimérons peut être jusqu’à trois ordres de grandeur supérieure à celle des bimérons simples (|Q| = 1).

Ensemble, ces trois études, formant une véritable trilogie, établissent les fondements théoriques de la physique des bimérons, en apportant une compréhension approfondie de leur émergence, de leur stabilité, de leur durée de vie et de leur comportement collectif. Elles ouvrent ainsi la voie à de nouvelles recherches et à de futures applications en spintronique, notamment dans le calcul réservoir et le calcul neuromorphique.

Contact :
Dongzhe Li | dongzhe.li[chez]cemes.fr

Publications :

[1] Emergence of multiple topological spin textures in an all-magnetic van der Waals heterostructure
Moritz A. Goerzen, Tim Drevelow, Hendrik Schrautzer, Soumyajyoti Haldar, Stefan Heinze, and Dongzhe Li
Phys. Rev. B 113, 094420 (2026)
DOI : https://doi.org/10.1103/g149-5gyd

[2] Lifetime of bimerons and antibimerons in two-dimensional magnets
Moritz A. Goerzen, Tim Drevelow, Soumyajyoti Haldar, Hendrik Schrautzer, Stefan Heinze, and Dongzhe Li
Phys. Rev. B (2026), accepté, arXiv:2509.09344

[3] Strongly enhanced lifetime of higher-order bimerons and antibimerons
Shiwei Zhu, Moritz A. Goerzen, Changsheng Song, Stefan Heinze, and Dongzhe Li
Nano Letters 26, 6307–6314 (2026)
DOI : 10.1021/acs.nanolett.6c00092