Los físicos de la Universidad de Brown han desarrollado una técnica que utiliza el comportamiento de los skyrmions, pequeñas anomalías magnéticas que ocurren en ciertos materiales 2-D, para generar millones de números aleatorios cada segundo. Los investigadores dicen que su estudio revela dinámicas previamente inexploradas de skyrmions individuales, publicado en la revista Nature Communications.
Los Skyrmions, descubiertos hace unos cinco años, han despertado el interés de la comunidad física como el camino hacia la próxima generación de dispositivos informáticos que aprovechan el magnetismo de las partículas, un campo conocido como espintrónica. Los skyrmions surgen del “giro” de los electrones en materiales ultrafinos. Se cree que el espín es el pequeño momento magnético de cada electrón que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo, o en algún punto intermedio.
Algunos materiales 2D tienen la propiedad de anisotropía magnética perpendicular en sus estados de energía más bajos, lo que significa que todos los espines de los electrones apuntan en una dirección perpendicular a la película. Cuando un material es excitado por un campo eléctrico o magnético, algunos espines de electrones se invierten a medida que aumenta la energía del sistema. Cuando esto sucede, el espín del electrón circundante se altera hasta cierto punto, creando un vórtice magnético alrededor del electrón invertido: un skyrmion.
Los skyrmions tienen aproximadamente 1 micrómetro de diámetro o menos y se comportan un poco como partículas, moviéndose rápidamente a través de un material de un lado a otro. Y una vez que se forman, es difícil deshacerse de ellos. Debido a que son tan fuertes, los investigadores están interesados en usar sus movimientos para realizar cálculos y almacenar datos.
El nuevo estudio muestra que además del movimiento global de skyrmions sobre un material, el comportamiento local de skyrmions individuales también es útil. En el estudio, dirigido por el investigador postdoctoral de la Universidad de Brown, Kang Wang, los investigadores crearon películas delgadas magnéticas utilizando una técnica que crea pequeños defectos en la red atómica del material. Cuando se forman skyrmions en el material, estos defectos, que los investigadores llaman centros de fijación, mantienen a los skyrmions firmemente en su lugar, en lugar de permitirles moverse como de costumbre.
Los investigadores descubrieron que cuando se mantiene un skyrmion en su lugar, su tamaño fluctúa aleatoriamente. Cuando una parte del skyrmion está firmemente anclada a un centro de clavija, el resto salta de un lado a otro alrededor de dos centros de clavija adyacentes, uno más cerca y otro más alejado. Los cambios en el tamaño de skyrmion se pueden medir utilizando el efecto Hall anómalo, que es un voltaje que se propaga a través de un material.
Este voltaje es sensible a la componente vertical del espín del electrón. Cuando cambia el tamaño del skyrmion, el voltaje cambia a un punto que es fácil de medir. Estos cambios de voltaje aleatorios se pueden usar para generar una cadena de números aleatorios. Los investigadores estiman que al optimizar el espaciado de los defectos en un dispositivo, pueden generar hasta 10 millones de números aleatorios por segundo, abriendo una nueva forma de generar de manera eficiente números aleatorios verdaderos.
