布朗大学的物理学家开发出一种技术，利用斯格明子(skyrmions)的行为每秒产生数百万随机数，斯格明子是某些二维材料中出现的微小磁异常。研究人员表示其研究揭示了之前未探索过的单个斯格明子的动力学，研究成果发表在《自然通讯》期刊上。大约五年前发现的斯格明子引发了物理学界的兴趣，将其视为通往利用粒子磁性的下一代计算设备的道路，这一领域被称为自旋电子学。斯格明子产生于超薄材料中电子的“自旋”。自旋被认为是每个电子的微小磁矩，可指向上也可指向下，或者介于两者之间。一些二维材料在最低能量状态下具有垂直磁各向异性的特性——意味着电子的自旋都指向垂直于薄膜的方向。当材料被电或磁场激发时，一些电子自旋会随着系统能量的提升而翻转。发生这种情况时，周围电子的自旋会在一定程度上受到干扰，形成一个围绕翻转电子的磁漩涡——即一个斯格明子。

斯格明子的直径约为 1 微米或者更小，其行为有点像粒子，从一侧快速移动到另一侧穿过材料。而且它们一旦形成，就很难摆脱。因为它们非常强壮，研究人员对用其运动执行计算和存储数据很感兴趣。这项新研究表明，除了斯格明子在材料上的全局运动之外，单个斯格明子的局部行为也很有用。由布朗大学博士后研究员 Kang Wang 领导的这项研究中，研究人员使用一种在材料原子晶格中产生微小缺陷的技术制造出磁性薄膜。当材料中形成了斯格明子时，这些被研究人员称为钉扎中心的缺陷将斯格明子牢牢固定在适当的位置，而不是让它们像往常一样移动。

研究人员发现，当一个斯格明子被固定在适当位置，它们的大小会随机波动。当斯格明子的一部分被牢牢地固定在一个扎钉中心上，其余部分会来回跳跃，围绕着两个邻近的扎钉中心——一个更近一些，一个更远一些。可以用反常霍尔效应测量斯格明子大小的变化，反常霍尔效应是一种在材料上传播的电压。该电压对电子自旋的垂直分量敏感。当斯格明子的大小发生变化时，电压会变化到易于测量的程度。可以用这些随机的电压变化产生一串随机数。研究人员估计，通过优化设备中缺陷的间距，他们可以每秒生成高达 1000 万个随机数字，从而开辟出一种高效生成真随机数的新方法。