Motifs magnétiques sous le microscope express
Un film magnétique d'une épaisseur de quelques dizaines d'atomes stocke l'information sous forme de minuscules vortex magnétiques. Mais on ne peut pas regarder à l'intérieur et voir ces vortex directement : l'instrument ne détecte que le faible champ magnétique autour du film. Reconstituer le motif d'aimantation à partir de ce champ, c'est comme deviner la forme d'un relief invisible à partir de son ombre sur un mur. Une même ombre peut être projetée par différentes formes, et le problème se décompose en une infinité de réponses.
Les auteurs de l'étude ont proposé une méthode qui ne nécessite pas d'exemples prêts à l'emploi pour l'apprentissage. Au lieu de cela, ils lancent un réseau de neurones simple qui ajuste lui-même l'image expliquant le champ mesuré. Le réseau part d'un bruit aléatoire et, progressivement, pas à pas, dessine le motif magnétique en vérifiant les lois de la physique. Cette approche est appelée « a priori profond d'image » : le réseau, avant même l'apprentissage, « sait » que les images naturelles sont généralement lisses et cohérentes, et non un désordre de pixels.
Les expériences ont été réalisées sur des motifs en permalloy — un alliage de nickel et de fer — déposés sur de minuscules plots sur un substrat de silicium. La comparaison avec une méthode indépendante, la microscopie à force magnétique, a confirmé que les images reconstruites correspondent aux domaines magnétiques réels — les régions où tous les aimants atomiques pointent dans la même direction. Un tel outil sera utile pour le développement de mémoires où l'information est stockée sous forme de vortex magnétiques, et de capteurs sensibles aux champs ultra-faibles.
Le permalloy utilisé dans l'étude s'aimante même dans le faible champ terrestre, c'est pourquoi on en fabrique des noyaux de transformateurs et des blindages qui protègent les instruments des interférences magnétiques.
Dans la nouvelle de Greg Egan « Les Tapis de Wang », les motifs d'aimantation dans les films minces deviennent des supports de conscience — n'est-ce pas là un lointain avenir pour la spintronique ?