纳米科学和纳米技术中心 上图:(左)纳米接触涡流振荡器示意图
(右)涡核的反转导致纳米接触点周围的涡旋旋转感发生变化
/底部:动力系统相空间中的旋涡轨迹，说明了周期性和混沌行为
这些轨迹产生可用于信息技术的独特波形模式
信用:C2N / J-V Kim，M-W Yoo和al
磁性漩涡是纳米级的漩涡，像旋转的陀螺一样旋转，在纳米厚的材料中以顺时针或逆时针的方式追踪路径
在某些情况下，这种旋转感会反复翻转，导致复杂的行为模式
现在，法国的一个物理学家小组，由C2N的CNRS研究员朱冯·金领导，已经表明混沌是这种纳米级运动的基础
这转化为任意复杂的电信号，可用于生成随机数或保护通信信道
物理学和数学中的混沌描述了在确定性系统中可能出现的不可预测的行为
在磁性材料中，混沌可以在一种叫做涡流的特殊磁矩旋转运动中发现
这些漩涡的特点是有一个“核心”，几十纳米宽，像陀螺一样旋转，在它们所在的纳米厚的磁性薄膜平面内划出椭圆轨道
根据核心点相对于该平面的力矩是“上”还是“下”，核心可以沿着这些轨道顺时针或逆时针旋转——如果允许它向前和向后运行，就像计时器的分针一样
在某些条件下，核心力矩可以翻转它们的方向，在旋转的意义上反转
至关重要的是，这种反转可能会变得混乱，这意味着在我们的计时器类比中，分针可能会向前运行一分钟，然后向后运行两分钟，然后再次向前运行两分钟，等等，但其顺序无法长期准确预测
在发表在《物理评论快报》上的第一篇论文中，朱冯·金的团队和first泰勒斯联合研究实验室、中央大学和洛林大学的研究人员通过实验证明，这种行为可以在一种叫做“纳米接触涡流振荡器”的系统中产生，这种运动可以通过改变流经这种设备的电流强度来控制
该系统是在CNRS体质综合研究所(UnitéMixte de Physique)(/泰勒斯)制造的，采用纳米压痕技术创建一个纳米级金属通道，大电流密度通过该通道流入自旋阀
这些电流引发了混沌运动，磁阻的变化捕捉到了涡核的位置
在发表在《自然通讯》上的第二项研究中，研究人员使用了一种先进的滤波技术来证明可以产生简单的波形模式，这些波形模式可以根据施加的电流周期性或无序地重复
使用相同的实验系统，研究人员发现，核心旋转的混沌状态转化为两个不同电压波形随时间的交替
他们展示了如何以每秒一亿次的速度将这些模式映射到随机的信息位上
这些结果为利用纳米设备产生信息技术的混沌模式开辟了道路
可以设想放大以产生这种涡流振荡器阵列，这可以在单个芯片上产生千兆赫速率的随机数
基于硬件的快速随机数生成器对加密很有用，但也可以用于神经启发和概率计算
波形模式还反映了系统固有的符号动态，可用于提高通信信道中的信噪比
通过将这种涡流振荡器耦合到其他自旋电子元件，例如磁存储器和自旋逻辑器件，人们还可以设想在低功率计算中的新范例，其中结合了这种系统的非易失性和复杂性
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