p Os vórtices magnéticos são redemoinhos em nanoescala que giram como piões, traçando caminhos no sentido horário ou anti-horário em materiais de espessura nanométrica. Sob certas condições, essa sensação de giro pode mudar repetidamente, resultando em padrões complexos de comportamento. Agora, uma equipe de físicos na França, liderado por Joo-Von Kim, Pesquisador do CNRS no C2N, mostraram que o caos sustenta esse movimento em nanoescala. Isso se traduz em sinais elétricos arbitrariamente complexos que podem ser usados ​​para gerar números aleatórios ou proteger canais de comunicação. p O caos na física e na matemática descreve um comportamento imprevisível que pode surgir em um sistema determinístico. Em materiais magnéticos, o caos pode ser encontrado no movimento de um turbilhão particular de momentos magnéticos denominado vórtice. Esses redemoinhos são caracterizados por um 'núcleo, "dezenas de nanômetros de largura, que gira como um pião e traça órbitas elípticas dentro do plano dos filmes magnéticos nanométricos em que residem.

p Dependendo se os momentos do núcleo apontam "para cima" ou "para baixo" em relação a este plano, o núcleo pode girar no sentido horário ou anti-horário ao longo dessas órbitas - muito parecido com o ponteiro dos minutos de um cronômetro se fosse permitido correr para frente e para trás. Sob certas condições, os momentos centrais podem mudar sua orientação, invertendo no sentido de rotação. Crucialmente, tais reversões podem se tornar caóticas, o que significa que em nossa analogia com o cronômetro, o ponteiro dos minutos pode, por exemplo, avançar por um minuto, então para trás para dois, em seguida, avance novamente por mais dois minutos, e assim por diante, mas com uma sequência que não pode ser prevista com precisão a longo prazo.

p Em um primeiro trabalho, publicado em Cartas de revisão física , a equipe de Joo-Von Kim e pesquisadores do laboratório de pesquisa conjunta CNRS / Thales, CentraleSupélec e University of Lorraine, mostraram experimentalmente que esse comportamento pode ser produzido em um sistema chamado de "oscilador de vórtice de nanocontato, "onde esse movimento pode ser controlado alterando a força das correntes elétricas que fluem através de tais dispositivos. O sistema, fabricado na Unité Mixte de Physique (CNRS / Thales), envolve uma técnica de nanoindentação para criar um canal metálico em nanoescala através do qual grandes densidades de corrente fluem para uma válvula de spin. Essas correntes induzem o movimento caótico, onde variações na magnetorresistência capturam a posição do núcleo do vórtice.

p Em um segundo trabalho, publicado em Nature Communications , os pesquisadores usaram uma técnica de filtragem avançada para demonstrar que podem ser produzidos padrões de forma de onda simples que se repetem periodicamente ou caoticamente, dependendo da corrente aplicada. Com o mesmo sistema experimental, os pesquisadores descobriram que o estado caótico de giro do núcleo se traduz na alternância de duas formas de onda de voltagem distintas ao longo do tempo. Eles mostraram como mapear esses padrões em bits aleatórios de informação a uma taxa de cem milhões de vezes por segundo.

p Esses resultados abrem caminhos para o uso de nanodispositivos para gerar padrões caóticos para as tecnologias da informação. Pode-se pensar em aumentar a escala para produzir uma série de osciladores de vórtice, o que pode resultar em taxas de GHz para geração de números aleatórios em um único chip. Geradores de números aleatórios rápidos baseados em hardware são úteis para criptografia, mas também poderia encontrar uso na computação probabilística e inspirada em neuro.

p Os padrões de forma de onda também refletem a dinâmica simbólica inerente do sistema, que pode ser explorado para melhorar as relações sinal-ruído nos canais de comunicação. Ao acoplar esses osciladores de vórtice a outros componentes spintrônicos, como memórias magnéticas e dispositivos de lógica de spin, também se pode imaginar um novo paradigma em computação de baixo consumo de energia, onde a não volatilidade e a complexidade de tais sistemas são combinadas.