Un tourbillon dans le cristal
Le cristal de titanate de plomb ressemble à un régiment de soldats, où chaque atome-soldat tient une flèche-dipôle dans la même direction. Pour faire pivoter tout le régiment de 180 degrés, les anciens calculs exigeaient une telle quantité d'énergie que le cristal fondrait purement et simplement. Or, dans la réalité, ces cristaux basculent sans effort. Comment cela se fait-il ? Un tourbillon naît à l'intérieur.
Au lieu que toutes les flèches pivotent en même temps, le tourbillon les enroule progressivement, couche après couche. Chaque flèche suivante est tournée juste un petit peu, si bien que les charges électriques en surface se compensent presque entièrement. On pensait autrefois que, sans défauts, la commutation était impossible, mais le tourbillon fonctionne même dans un cristal parfait. La modélisation informatique a montré que ce tourbillon est stable, comme un nœud dans une corde, et que c'est précisément lui qui permet au matériau de basculer sous une faible tension. Ces cristaux servent dans les mémoires non volatiles, et l'on comprend désormais comment les améliorer pour les futurs dispositifs.
Le noyau skyrmion dans un film de PbTiO3 de 20 nm a un diamètre de seulement 3.2 nm, comparable à la taille de quelques mailles élémentaires, mais sa charge topologique protège la texture contre la désintégration.
Dans le roman de Greg Egan « L'Échelle de Schild », des défauts topologiques dans le vide gouvernent les lois physiques ; ici, un défaut topologique dans la polarisation gouverne la commutation du matériau, ce qui fait écho à l'idée d'états topologiques cachés comme organisateurs de la dynamique.