Stochastische magnetisch gesteuerte zufällige Transducergeräte basierend auf senkrechten magnetischen Tunnelübergängen

Echte Zufallszahlengeneratoren sind von großem Interesse in vielen Computeranwendungen, wie Cryptographie, neuromorphen Systemen und Monte-Carlo-Simulationen. Hier untersuchen wir senkrechte magnetische Tunnelübergangs-Nanopillars (pMTJs), die durch kurzzeitige (Nanosekunden) Pulse im ballistischen Limit für solche Anwendungen aktiviert werden. In diesem Limit kann ein Impuls die Boltzmannverteilung der anfänglichen Magnetisierungszustände der freien Schicht in zufällig magnetisierte Zustände nach unten oder oben umwandeln, d.h., ein Bit, das 0 oder 1 ist, schnell bestimmt durch die Messung des Tunnelwiderstands der Verbindung. Es wird gezeigt, dass Bitströme mit Millionen von Ereignissen: (1) sehr gut durch eine Normalverteilung approximiert werden; (2) mehrere statistische Tests auf echte Zufälligkeit bestehen, einschließlich aller Tests des National Institute of Standards and Technology für Zufallszahlengeneratoren mit nur einer XOR-Operation; (3) verwendet werden können, um eine uniforme Verteilung von 8-Bit Zufallszahlen zu erstellen; und (4) keine Drift in der Bit-Wahrscheinlichkeit im Laufe der Zeit aufweisen können. Die hier präsentierten Ergebnisse zeigen, dass pMTJs, die im ballistischen Regime betrieben werden, echte Zufallszahlen mit etwa 50-MHz Bitraten generieren können, während sie robuster gegenüber Umweltveränderungen, wie der Betriebstemperatur, im Vergleich zu anderen stochastischen nanomagnetischen Geräten sind.