Dans une salle où dansaient des couples, une autre musique s'est fait entendre, et les couples alignés en rangées se sont soudain mis à tourbillonner. C'est ainsi que le cristal magnétique Fe3Ge réorganise son motif interne lorsque la température dépasse 375 kelvins, soit environ cent degrés de chaleur. Avant ce seuil, les aiguilles magnétiques du cristal reposent à plat, comme des couples qui valsent en rond. Après ce seuil, elles se dressent, et de minuscules tourbillons d'aimantation, que les physiciens appellent skyrmions, naissent alors dans le matériau.

Le cristal Fe3Ge est assemblé à partir d'atomes de fer et de germanium, et son réseau ressemble à une corbeille tressée de triangles. On appelle ce motif un réseau kagome, du nom d'un tressage japonais. Dans ce motif, les électrons se déplacent d'une manière particulière, comme s'ils n'avaient pas de masse, et c'est pourquoi le matériau conduit le courant perpendiculairement à la tension appliquée, même sans aimant externe. Cet effet, l'effet Hall anormal, atteint à température ambiante 380 siemens par centimètre puissance moins un, ce qui est comparable aux meilleurs matériaux de cette classe.

Pour voir les tourbillons, les chercheurs ont découpé dans le cristal une lamelle de cent nanomètres d'épaisseur et l'ont traversée d'un faisceau d'électrons. Les tourbillons magnétiques déviaient le faisceau, et un motif de taches claires et sombres est apparu sur l'image. Il s'est avéré que les tourbillons tournaient à gauche comme à droite, en proportions égales. Une telle symétrie indique que les tourbillons ne tiennent pas à un champ extérieur, mais aux forces magnétiques propres du matériau, comme des couples qui tournent parce qu'ils ont eux-mêmes envie de danser.

Pourquoi est-ce important ? Un tourbillon peut être déplacé par un courant minuscule sans se désagréger, ce qui signifie que sa position peut servir de zéro ou de un dans une mémoire. Les disques durs classiques stockent les bits dans des domaines magnétiques, mais ceux-ci demandent plus d'énergie pour basculer et occupent plus de place. Les skyrmions du Fe3Ge promettent une mémoire qui fonctionne à la chaleur, là où l'électronique ordinaire abandonne. Certes, les tourbillons n'atteignent pas encore la température ambiante : ils ne naissent qu'au-delà de 375 kelvins, quand les aiguilles magnétiques se dressent. La prochaine étape consiste à trouver un remplacement d'une partie des atomes de fer ou de germanium pour que la danse commence dès 300 kelvins.

Mais même aujourd'hui, ce cristal est un lieu rare où se rencontrent deux danses différentes. L'une : les tourbillons dans l'espace, visibles au microscope. L'autre : les tourbillons dans le monde des états électroniques, qui se manifestent par l'effet Hall anormal. Auparavant, ces deux phénomènes étaient étudiés séparément, dans des matériaux différents. Fe3Ge montre qu'ils peuvent tourbillonner dans une même salle, sur la même musique, et cela ouvre la voie à des dispositifs où les textures de spin sont contrôlées par des champs électriques via des états électroniques topologiques.

La piste de danse du cristal Fe3Ge ne se vide pas même à 650 kelvins, lorsque les tourbillons finissent par se dissoudre dans le mouvement général. Jusqu'à ce seuil, la musique ne s'arrête pas, et les couples gardent le rythme depuis cent degrés de chaleur jusqu'au rouge incandescent. C'est peut-être dans de tels matériaux que naîtra une mémoire qui n'a pas besoin de réfrigérateur.