Yeni̇ otoferroik malzemeler mikroçip şifrelemesini bin kat hızlandırıyor

Rice Üniversitesi’nden Jun-Jie Zhang ve meslektaşları, veri şifrelemesinde kullanılan fiziksel rastgele sayı üreteçlerinin (TRNG) hızını artırmaya yönelik bir malzeme modeli geliştirdi. Otoferroik adını verdikleri sınıfta, elektriksel ve manyetik durumlar arasındaki etkileşim, manyetik sinyal gücü korunurken durum değişimlerinin daha hızlı gerçekleşmesine imkân veriyor.

ŞİFRELEME DARBOĞAZI

Mevcut fiziksel rastgele sayı üreteçleri, küçük manyetik anahtarların öngörülemez termal dalgalanmalarından yararlanıyor. Ancak bu anahtarlardaki mikroskobik geçişler yavaş gerçekleştiği için yoğun veri trafiği altında hız sınırlanıyor.

Bileşenleri küçültmek veya harici manyetik alan uygulamak gibi yöntemler geçişleri hızlandırabilse de sinyali zayıflatarak okuma hatalarına neden olabiliyor. Araştırma ekibi, işlem hızını artırırken verinin güvenilir biçimde okunmasını sağlayacak bir malzeme yapısı aradı.

ELEKTRİKSEL ARA AŞAMA

Otoferroiklerde elektriksel ve manyetik durumlar birbirini etkileyerek araştırmacıların 'tahterevalli' olarak tanımladığı bir ilişki kuruyor. Bu sayede manyetik anahtar, bir durumdan diğerine doğrudan ve yüksek enerji gerektiren bir geçiş yapmak yerine geçici bir elektriksel ara aşamadan geçiyor.

Çalışmada bu mekanizmanın, manyetik sinyalin gücünü korurken geçiş için gereken enerji bariyerini üçte iki oranında düşürebildiği gösterildi. Güçlü sinyal, elektronik okumada belirsiz voltaj değerleri yerine açık 'evet' veya 'hayır' sonuçları elde edilmesi açısından önem taşıyor.

SİMÜLASYON SONUÇLARI

Ekibin bilgisayar simülasyonları ve dinamik modellemelerinde, manyetik durumlar arasındaki geçiş hızı saniyede 100’ün altından 400 binin üzerine çıktı. Modellere göre bu hız, saniyede bir milyondan fazla gerçek rastgele bit üretimine olanak verebilir.

Araştırmacılar, elde ettikleri verilerin ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nün (NIST) rastgelelik kıyaslama testlerini geçtiğini belirtiyor. Sonuçlar, sinyal gücünü düşürmeden üretim hızını artırma hedefi açısından bir malzeme tasarımı ortaya koyuyor.

DONANIM UYGULAMASI

Çalışmanın işaret ettiği kullanım alanları arasında mikroçip düzeyinde veri şifreleme, kurumsal iletişim ağları, finansal altyapılar ve veri merkezleri bulunuyor. Araştırmacıların tanımladığı fiziksel prensip, rastgele sayı üreteçlerinde hem hız hem de güvenilir sinyal gerektiren donanımların geliştirilmesine temel oluşturabilir.

Bu aşamada bildirilen hız ve bit üretim sonuçları, ekibin bilgisayar simülasyonları ile dinamik modelleme çalışmalarına dayanıyor.