Los vórtices magnéticos son remolinos a nanoescala que giran como peonzas, trazar caminos en sentido horario o antihorario en materiales de nanómetros de espesor. Bajo ciertas condiciones, esta sensación de giro puede dar vueltas repetidamente, resultando en patrones complejos de comportamiento. Ahora, un equipo de físicos en Francia, dirigido por Joo-Von Kim, Investigador del CNRS en C2N, han demostrado que el caos sustenta este movimiento a nanoescala. Esto se traduce en señales eléctricas arbitrariamente complejas que podrían usarse para generar números aleatorios o asegurar canales de comunicaciones.

El caos en física y matemáticas describe un comportamiento impredecible que puede surgir en un sistema determinista. En materiales magnéticos, el caos se puede encontrar en el movimiento de un remolino particular de momentos magnéticos llamado vórtice. Estos remolinos se caracterizan por un 'núcleo, "decenas de nanómetros de ancho, que gira como una peonza y traza órbitas elípticas dentro del plano de las películas magnéticas de nanómetros de espesor en las que residen.

Dependiendo de si los momentos del núcleo apuntan 'arriba' o 'abajo' con respecto a este plano, el núcleo puede girar en sentido horario o antihorario a lo largo de estas órbitas, muy parecido al minutero de un temporizador si se le permitiera avanzar y retroceder. Bajo ciertas condiciones, los momentos centrales pueden cambiar su orientación, invertir en el sentido de rotación. Crucialmente, tales reversiones pueden volverse caóticas, lo que significa que en nuestra analogía del temporizador, el minutero podría, por ejemplo, avanzar un minuto, luego al revés por dos, luego adelante de nuevo por dos minutos más, etcétera, pero con una secuencia que no se puede predecir con precisión a largo plazo.

En un primer trabajo, publicado en Cartas de revisión física , el equipo de Joo-Von Kim e investigadores del laboratorio de investigación conjunto CNRS / Thales, CentraleSupélec y Universidad de Lorena, han demostrado experimentalmente que este comportamiento se puede producir en un sistema llamado "oscilador de vórtice de nanocontacto, "donde dicho movimiento puede controlarse cambiando la fuerza de las corrientes eléctricas que fluyen a través de dichos dispositivos. El sistema, fabricado en la Unité Mixte de Physique (CNRS / Thales), implica una técnica de nanoindentación para crear un canal metálico a nanoescala a través del cual fluyen grandes densidades de corriente hacia una válvula giratoria. Estas corrientes inducen el movimiento caótico, donde las variaciones en la magnetorresistencia capturan la posición del núcleo del vórtice.

En un segundo trabajo, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Los investigadores utilizaron una técnica de filtrado avanzada para demostrar que se pueden producir patrones de formas de onda simples que se repiten de forma periódica o caótica según la corriente aplicada. Con el mismo sistema experimental, Los investigadores descubrieron que el estado caótico del giro del núcleo se traduce en la alternancia de dos formas de onda de voltaje distintas a lo largo del tiempo. Han demostrado cómo mapear estos patrones en bits aleatorios de información a una velocidad de cien millones de veces por segundo.

Estos resultados abren vías para el uso de nanodispositivos para generar patrones caóticos para las tecnologías de la información. Se puede prever la ampliación para producir una serie de tales osciladores de vórtice, lo que podría resultar en velocidades de GHz para la generación de números aleatorios en un solo chip. Los generadores de números aleatorios rápidos basados ​​en hardware son útiles para el cifrado, pero también podría encontrar uso en computación probabilística y neuroinspirada.

Los patrones de forma de onda también reflejan la dinámica simbólica inherente del sistema, que se puede aprovechar para mejorar la relación señal / ruido en los canales de comunicación. Al acoplar tales osciladores de vórtice a otros componentes espintrónicos, como memorias magnéticas y dispositivos de lógica de espín, también se puede imaginar un nuevo paradigma en la informática de bajo consumo, donde se combinan la no volatilidad y la complejidad de tales sistemas.