Delayed Antiferromagnetic Spin Hall Oscillator as Random THz Signal Source

Abstract

Чисельними методами досліджено антиферомагнітний спіновий осцилятор Холла із запізненням під дією постійного струму. Затримку осцилятора можна пояснити внутрішньою інерцією антиферомагнітної решітки або ввести штучно електричними засобами. Ми показали, що в результаті цієї затримки вихідний сигнал системи стає випадковим. Така поведінка є результатом нелінійності системи та дещо нагадує динаміку рівняння Ікеди. Ми також обрахували перервз Пуанкаре системи, щоб додатково підтвердити стохастичний характер динаміки системи. Результати показують, що фазові траєкторії системи розбігаються по всій фазовій площині зі збільшенням часу моделювання. Також нами було розраховано Фур’є спектр вихідного сигналу. Отриманий спектр також демонструє випадкову природу вихідного сигналу системи. Отримані результати важливі для подальшого розвитку антиферомагнітних спінтронних генераторів терагерцової частоти та їх застосування як джерел випадкових сигналів. Такі високочастотні джерела випадкового сигналу можуть революціонізувати криптографію та ймовірнісні обчислення.

Antiferromagnetic spin Hall oscillator with delay under action of DC signal is studied numerically. The delay in oscillator can be attributed to internal inertia of the antiferromagnetic lattice, or could be introduced artificially by electrical means. We have shown that as result of this delay system output becomes random. Such behavior arises from nonlinearity of the system, and somewhat resembles Ikeda equation dynamics. We have also calculated Poincare section of the system, to further confirm stochastic nature of the system output. Results show that phase trajectories of the system are scattered all over the phase plane, as simulation time increases. Also we have calculated Fourier transform of the output signal. Obtained spectrum also shows system output random nature. Obtained results are important for further development of antiferromagnetic terahertz-frequency spintronic oscillators and their applications as random signal sources. Such high frequency random signal sources can revolutionize cryptography and probabilistic computing.