Memristor - Memristor

Memristor

Memristor vyvinutý Národní laboratoří energetických technologií
Vynalezeno	Leon Chua (1971)
Elektronický symbol

Memristor ( / m ɛ m r ɪ s t ər / , A portmanteau z paměti odporu ) je nelineární dvojpólu elektrická součástka týkající elektrický náboj a magnetického spojení toku . To bylo popsáno a pojmenováno v roce 1971 Leonem Chua , dokončením teoretického kvarteta základních elektrických součástek, které zahrnuje také odpor , kondenzátor a induktor .

Chua a Kang později zobecnili koncept na memristivní systémy . Takový systém obsahuje obvod z několika konvenčních komponent, který napodobuje klíčové vlastnosti ideální komponenty memristoru a je také běžně označován jako memristor. Bylo vyvinuto několik takových technologií memristorového systému, zejména ReRAM .

Identifikace memristivních vlastností v elektronických zařízeních vyvolala kontroverze. Experimentálně je ideální memristor teprve předveden.

Jako základní elektrická součást

Chua ve svém příspěvku z roku 1971 identifikoval teoretickou symetrii mezi nelineárním odporem (napětí vs. proud), nelineárním kondenzátorem (napětí vs. náboj) a nelineárním induktorem (vazba magnetického toku vs. proud). Z této symetrie vyvodil charakteristiku čtvrtého základního nelineárního obvodového prvku spojujícího magnetický tok a náboj, který nazýval memristor. Na rozdíl od lineárního (nebo nelineárního) odporu má memristor dynamický vztah mezi proudem a napětím, včetně paměti minulých napětí nebo proudů. Jiní vědci navrhli dynamické paměťové odpory, jako je memistor Bernarda Widrowa, ale Chua zavedl matematickou obecnost.

Odvození a charakteristika

Memristor byl původně definován z hlediska nelineárního funkčního vztahu mezi vazbou magnetického toku Φ _m ( t ) a množstvím elektrického náboje, který proudil, q ( t ):

${\ Displaystyle f (\ mathrm {\ Phi} _ {\ mathrm {m}} (t), q (t)) = 0}$

Magnetická vazba tok , Φ _m , je celkové z charakteristiky obvodu induktoru. Zde nepředstavuje magnetické pole. Jeho fyzický význam je diskutován níže. Symbol Φ _m lze považovat za integrál napětí v čase.

Ve vztahu mezi Φ _m a q závisí derivace jednoho vůči druhému na hodnotě jednoho nebo druhého, a proto je každý memristor charakterizován svou memristanční funkcí popisující rychlost změny toku s nábojem závislou na náboji .

${\ Displaystyle M (q) = {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ rm {m}}} {\ mathrm {d} q}}}$

Nahrazením toku jako časového integrálu napětí a nabíjení jako časového integrálu proudu jsou vhodnější formy;

${\ Displaystyle M (q (t)) = {\ cfrac {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ rm {}}/\ mathrm {d} t} {\ mathrm {d} q/\ mathrm {d} t}} = {\ frac {V (t)} {I (t)}}}$

Chcete -li spojit memristor s rezistorem, kondenzátorem a induktorem, je vhodné izolovat termín M ( q ), který charakterizuje zařízení, a zapsat jej jako diferenciální rovnici.

přístroj	Charakteristická vlastnost (jednotky)	Diferenciální rovnice
Rezistor ( R )	Odpor ( V / A nebo ohm , Ω)	R = d V / d I
Kondenzátor ( C )	Kapacita ( C / V nebo farad )	C = d q / d V
Induktor ( L )	Indukčnost ( Wb / A nebo Henry )	L = d Φ m / d I
Memristor ( M )	Paměť ( Wb / C nebo ohm)	M = d Φ m / d q

Výše uvedená tabulka pokrývá všechny smysluplné poměry diferenciálů I , Q , cp _m , a V . Žádné zařízení se může týkat dl k dq , nebo dΦ _m k dV , protože I je derivát q a Φ _m je integrál V .

Z toho lze usoudit, že memristance je odpor závislý na náboji . Jestliže M ( q ( t )) je konstanta, pak získáme Ohmův zákon R ( t ) = V ( t )/ I ( t ). Pokud je M ( q ( t )) netriviální, rovnice není ekvivalentní, protože q ( t ) a M ( q ( t )) se mohou v čase měnit. Řešení pro napětí jako funkci času produkuje

${\ Displaystyle V (t) = \ M (q (t)) I (t)}$

Tato rovnice odhaluje, že memristance definuje lineární vztah mezi proudem a napětím, pokud se M nemění s nábojem. Nenulový proud znamená časově proměnlivé nabíjení. Střídavého proudu však může odhalit lineární závislost v provozu okruhu indukcí měřitelný napětí bez čistého pohybu, jako náboje pokud maximální změna q nezpůsobuje mnoho změn v M .

Kromě toho je memristor statický, pokud není aplikován žádný proud. Pokud I ( t ) = 0, najdeme V ( t ) = 0 a M ( t ) je konstantní. To je podstata paměťového efektu.

Analogicky můžeme definovat a jako menduktanci. ${\ Displaystyle W (\ phi (t))}$

${\ Displaystyle i (t) = W (\ phi (t)) v (t)}$

Příkon charakteristika připomíná, že z odporu, I ² R .

${\ Displaystyle P (t) = \ I (t) V (t) = \ I^{2} (t) M (q (t))}$

Dokud se M ( q ( t )) mění jen málo, například při střídavém proudu, bude memristor vypadat jako konstantní odpor. Pokud se M ( q ( t )) rychle zvyšuje, proud a spotřeba energie se rychle zastaví.

M ( q ) je fyzicky omezen tak, aby byl kladný pro všechny hodnoty q (za předpokladu, že je zařízení pasivní a v určitém q se nestane supravodivým ). Záporná hodnota by znamenala, že by při provozu na střídavý proud neustále dodávala energii.

Modelování a validace

Abychom porozuměli povaze funkce memristoru, jsou užitečné některé znalosti základních teoretických konceptů obvodu, počínaje konceptem modelování zařízení.

Inženýři a vědci jen zřídka analyzují fyzický systém v jeho původní podobě. Místo toho sestaví model, který aproximuje chování systému. Analyzováním chování modelu doufají, že předpovědí chování skutečného systému. Primárním důvodem pro konstrukci modelů je to, že fyzické systémy jsou obvykle příliš složité na to, aby je bylo možné prakticky analyzovat.

Ve 20. století se pracovalo na zařízeních, kde vědci nerozpoznávali memristivní charakteristiky. To vyvolalo návrh, že taková zařízení by měla být uznána jako memristory. Pershin a Di Ventra navrhli test, který může pomoci vyřešit některé z dlouhotrvajících kontroverzí o tom, zda ideální memristor skutečně existuje, nebo jde o čistě matematický koncept.

Zbytek tohoto článku se primárně týká memristorů souvisejících se zařízeními ReRAM , protože většina práce od roku 2008 byla soustředěna do této oblasti.

Supravodivá součást memristoru

Dr. Paul Penfield v technické zprávě MIT z roku 1974 zmiňuje memristor v souvislosti s uzly Josephson. Jednalo se o rané použití slova „memristor“ v kontextu obvodového zařízení.

Jeden z termínů v proudu přes Josephsonovu křižovatku má tvar:

${\ Displaystyle {\ begin {aligned} i_ {M} (v) & = \ epsilon \ cos (\ phi _ {0}) v \\ & = W (\ phi _ {0}) v \ end {aligned} }}$

kde je konstanta založená na fyzických supravodivých materiálech, je napětí na křižovatce a proud procházející křižovatkou. ${\ Displaystyle \ epsilon}$${\ displaystyle v}$${\ displaystyle i_ {M}}$

Do konce 20. století byl prováděn výzkum týkající se této fázově závislé vodivosti v Josephsonových křižovatkách. Komplexnější přístup k extrakci této fázově závislé vodivosti se objevil u klíčového článku Peotty a DiVentry v roce 2014.

Obvody memristoru

Vzhledem k praktické obtížnosti studia ideálního memristoru budeme diskutovat o dalších elektrických zařízeních, která lze modelovat pomocí memristorů. Matematický popis memristivního zařízení (systémů) najdete v části Teorie .

Výbojka může být modelována jako memristivní zařízení, přičemž odpor je funkcí počtu vodivých elektronů . ${\ displaystyle n_ {e}}$

${\ Displaystyle {\ begin {aligned} v_ {M} & = R (n_ {e}) i_ {M} \\ {\ frac {dn_ {e}} {dt}} & = \ beta n+\ alpha R ( n_ {e}) i_ {M}^{2} \ end {aligned}}}$

${\ displaystyle v_ {M}}$je napětí na výbojce, proud, který jím protéká, a počet vodivých elektronů. Jednoduchá funkce memristance je . a jsou parametry v závislosti na rozměrech trubice a plynových náplních. Experimentální identifikace memristive chování je „skřípnutí hysterezní smyčka“ v rovině. Experiment, který ukazuje takovou charakteristiku pro běžnou výbojku, naleznete v části „Fyzický memristor Lissajousova postava“ (YouTube) . Video také ilustruje, jak porozumět odchylkám v charakteristikách sevřeného hystereze fyzických memristorů. ${\ displaystyle i_ {M}}$${\ displaystyle n_ {e}}$${\ displaystyle R (n_ {e}) = {\ frac {F} {n_ {e}}}}$${\ displaystyle \ alpha, \ beta}$${\ displaystyle F}$${\ displaystyle vi}$

Termistory lze modelovat jako memristivní zařízení.

${\ displaystyle {\ begin {aligned} v & = R_ {0} (T_ {0}) \ exp \ left [\ beta \ left ({\ frac {1} {T}}-{\ frac {1} {T_ {0}}} \ right) \ right] i \\ & \ equiv R (T) i \\ {\ frac {dT} {dt}} & = {\ frac {1} {C}} \ left [- \ delta \ cdot (T-T_ {0})+R (T) i^{2} \ right] \ end {aligned}}}$

${\ displaystyle \ beta}$je materiálová konstanta, je absolutní tělesná teplota termistoru, je okolní teplota (obě teploty v Kelvinech), označuje odpor při nízké teplotě při , je tepelná kapacita a je ztrátová konstanta pro termistor. ${\ displaystyle T}$${\ displaystyle T_ {0}}$${\ displaystyle R_ {0} (T_ {0})}$${\ displaystyle T = T_ {0}}$${\ displaystyle C}$${\ Displaystyle \ delta}$

Zásadním fenoménem, ​​který byl jen stěží studován, je memristivní chování v pn-křižovatkách. Memristor hraje klíčovou roli při napodobování efektu ukládání náboje v diodové základně a je také zodpovědný za jev modulace vodivosti (to je tak důležité při dopředných přechodových jevech).

Kritika

V roce 2008, tým v HP Labs prohlašoval k našli Chua je chybějící memristor na základě analýzy jednoho tenkého filmu z oxidu titaničitého , čímž se spojovací provoz ReRAM zařízení ke konceptu memristor. Podle HP Labs by memristor fungoval následujícím způsobem: elektrický odpor memristoru není konstantní, ale závisí na proudu, který zařízením dříve protékal, tj. Jeho současný odpor závisí na tom, kolik elektrického proudu jím dříve protékalo a jakým směrem; zařízení si pamatuje svou historii-takzvanou vlastnost nestálosti . Když je napájení vypnuto, memristor si pamatuje svůj poslední odpor, dokud se znovu nezapne.

Výsledek HP Labs byl publikován ve vědeckém časopise Nature . V návaznosti na toto tvrzení Leon Chua tvrdil, že definici memristoru lze zobecnit tak, aby pokrývala všechny formy dvoukoncových energeticky nezávislých paměťových zařízení na základě efektů přepínání odporu. Chua také tvrdil, že memristor je nejstarší známý obvodový prvek , jehož účinky předcházely rezistoru , kondenzátoru a induktoru . Existují však vážné pochybnosti o tom, zda skutečný memristor může ve fyzické realitě skutečně existovat. Navíc některé experimentální důkazy odporují Chuaově generalizaci, protože v paměti s přepínáním odporu je pozorovatelný nepasivní efekt nanobaterie . Pershin a Di Ventra navrhli jednoduchý test, který měl analyzovat, zda takový ideální nebo generický memristor skutečně existuje, nebo jde o čistě matematický koncept. Až dosud se zdá, že neexistuje žádné experimentální odporové spínací zařízení ( ReRAM ), které by mohlo projít testem.

Tato zařízení jsou určena pro aplikace v nanoelektronických paměťových zařízeních, počítačové logice a neuromorfních /neuromemristivních počítačových architekturách. V roce 2013 CTO společnosti Hewlett-Packard Martin Fink navrhl, aby paměť memristorů byla komerčně dostupná již v roce 2018. V březnu 2012 oznámil tým výzkumníků z laboratoří HRL Laboratories a University of Michigan první funkční pole memristorů postavené na čipu CMOS .

Podle původní definice z roku 1971 je memristor čtvrtým základním obvodovým prvkem, který tvoří nelineární vztah mezi elektrickým nábojem a vazbou magnetického toku. V roce 2011 Chua argumentoval pro širší definici, která zahrnuje všechna 2-koncová energeticky nezávislá paměťová zařízení založená na přepínání odporu. Williams tvrdil, že MRAM , paměť s fázovou změnou a ReRAM jsou memristorové technologie. Někteří vědci tvrdili, že biologické struktury, jako je krev a kůže, odpovídají definici. Jiní tvrdili, že paměťové zařízení vyvíjené společností HP Labs a jinými formami ReRAM nejsou memristory, ale spíše součástí širší třídy systémů s proměnným odporem, a že širší definice memristoru je vědecky neospravedlnitelný zábor půdy, který upřednostňuje memristor HP patenty.

V roce 2011 Meuffels a Schroeder poznamenali, že jeden z prvních memristorových papírů obsahoval mylný předpoklad ohledně iontového vedení. V roce 2012 Meuffels a Soni diskutovali o některých zásadních problémech a problémech při realizaci memristorů. Indikovali nedostatečnost v elektrochemickém modelování uvedeném v článku Nature „Chybějící memristor nalezen“, protože vliv koncentračních polarizačních efektů na chování kovových struktur TiO _{2− x} −metal pod napětím nebo proudovým napětím nebyl zvažován. Na tuto kritiku odkazovali Valov a kol. v roce 2013.

V jakémsi myšlenkovém experimentu Meuffels a Soni navíc odhalili vážnou nekonzistentnost: Pokud ve fyzické realitě existuje proudem řízený memristor s takzvanou vlastností nestálosti , jeho chování by porušilo Landauerův princip , který omezuje minimum množství energie potřebné ke změně „informačních“ stavů systému. Tuto kritiku nakonec přijali Di Ventra a Pershin v roce 2013.

V tomto kontextu Meuffels a Soni poukázali na základní termodynamický princip: Uložení energeticky nezávislých informací vyžaduje existenci bariér volné energie, které od sebe oddělují odlišné stavy vnitřní paměti systému; jinak by se člověk setkal s „lhostejnou“ situací a systém by libovolně kolísal z jednoho stavu paměti do druhého právě pod vlivem teplotních výkyvů . Když jsou stavy vnitřní paměti nechráněné proti teplotním výkyvům , vykazují určitou difúzní dynamiku, což způsobuje degradaci stavu. Bariéry volné energie proto musí být dostatečně vysoké, aby zajistily nízkou pravděpodobnost bitové chyby bitového provozu. V důsledku toho vždy existuje úmyslná změna bitové hodnoty v libovolném paměťovém zařízení -v závislosti na požadované pravděpodobnosti bitové chyby- dolní mez energetické potřeby .

V obecném pojetí memristivního systému jsou definující rovnice (viz Teorie ):

${\ Displaystyle {\ begin {aligned} y (t) & = g (\ mathbf {x}, u, t) u (t), \\ {\ dot {\ mathbf {x}}} & = f (\ mathbf {x}, u, t), \ end {aligned}}}$

kde u ( t ) je vstupní signál a y ( t ) je výstupní signál. Vektor x představuje sadu n stavových proměnných popisujících různé stavy vnitřní paměti zařízení. ẋ je časově závislá rychlost změny stavového vektoru x s časem.

Když chce člověk jít nad rámec pouhého přizpůsobení křivky a zaměřit se na skutečné fyzické modelování energeticky nezávislých paměťových prvků, např. Odporových paměťových zařízení s náhodným přístupem , musí sledovat výše zmíněné fyzické korelace. Ke kontrole adekvátnosti navrhovaného modelu a jeho výsledných stavových rovnic lze vstupní signál u ( t ) překrýt stochastickým termínem ξ ( t ), který bere v úvahu existenci nevyhnutelných tepelných výkyvů . Rovnice dynamického stavu ve své obecné podobě nakonec zní:

${\ Displaystyle {\ dot {\ mathbf {x}}} = f (\ mathbf {x}, u (t)+\ xi (t), t),}$

kde ξ ( t ) je např. bílý Gaussův proud nebo napěťový šum . Na základě analytické nebo numerické analýzy časově závislé odezvy systému na hluk lze rozhodnout o fyzické platnosti přístupů modelování, např. Zda by byl systém schopen zachovat své stavy paměti při vypnutí režim?

Takovou analýzu provedli Di Ventra a Pershin s ohledem na skutečný proudem řízený memristor. Protože navrhovaná rovnice dynamického stavu neposkytuje žádný fyzický mechanismus, který by umožnil takovému memristoru vyrovnat se s nevyhnutelnými teplotními výkyvy, memristor řízený proudem by v průběhu času nepravidelně měnil svůj stav právě pod vlivem současného šumu. Di Ventra a Pershin tedy dospěli k závěru, že memristory, jejichž stav odporu (paměti) závisí výhradně na aktuální nebo napěťové historii, by nebyli schopni chránit své stavy paměti před nevyhnutelným šumem Johnson – Nyquist a trvale trpět ztrátou informací, takzvanou „stochastickou katastrofou“ “. Proudem řízený memristor tak nemůže existovat jako zařízení v pevné fázi ve fyzické realitě.

Z výše uvedeného termodynamického principu dále vyplývá, že provoz 2-koncových energeticky nezávislých paměťových zařízení (např. Paměťových zařízení „přepínajících odpor“ ( ReRAM )) nemůže být spojen s konceptem memristoru, tj. Taková zařízení si sama o sobě nemohou pamatovat historie proudu nebo napětí. Přechody mezi odlišnými stavy vnitřní paměti nebo odporu jsou pravděpodobnostní povahy. Pravděpodobnost přechodu ze stavu { i } do stavu { j } závisí na výšce bariéry volné energie mezi oběma stavy. Pravděpodobnost přechodu může být tedy ovlivněna vhodným pohonem paměťového zařízení, tj. „Snížením“ bariéry volné energie pro přechod { i } → { j } například pomocí externě aplikovaného předpětí.

Událost „přepínání odporu“ lze jednoduše vynutit nastavením externího předpětí na hodnotu nad určitou prahovou hodnotu. Toto je triviální případ, tj. Bariéra volné energie pro přechod { i } → { j } je snížena na nulu. V případě, že člověk uplatní zkreslení pod prahovou hodnotou, stále existuje konečná pravděpodobnost, že se zařízení v průběhu času přepne (spuštěno náhodným tepelným výkyvem), ale - jelikož se jedná o pravděpodobnostní procesy - nelze předvídat, kdy dojde k přepínací události. To je základní důvod stochastické povahy všech pozorovaných procesů přepínání odporu ( ReRAM ). Pokud bariéry volné energie nejsou dostatečně vysoké, může se paměťové zařízení dokonce přepnout, aniž byste museli cokoli dělat.

Když se zjistí, že 2-terminální energeticky nezávislé zařízení je ve výrazném stavu odporu { j }, neexistuje žádný fyzický vztah jeden k jednomu mezi jeho současným stavem a jeho předchozí historií napětí. Přepínací chování jednotlivých energeticky nezávislých paměťových zařízení tedy nelze popsat v matematickém rámci navrženém pro systémy memristor/memristive.

Extra termodynamická kuriozita vyplývá z definice, že memristory/memristivní zařízení by měly energeticky působit jako odpory. Okamžitá elektrická energie vstupující do takového zařízení je zcela rozptýlena jako Joulovo teplo do okolí, takže v systému nezůstává žádná další energie poté, co byla přenesena z jednoho stavu odporu x _i do druhého x _j . To znamená, že vnitřní energie z memristor zařízení v stavu x _i , U ( V , T , x _i ), by byla stejná jako ve stavu x _j , U ( V , T , X _j ), i když tyto různé stavy by způsobují různé odpory zařízení, které samy o sobě musí být způsobeny fyzickými změnami materiálu zařízení.

Jiní vědci poznamenali, že modely memristorů založené na předpokladu lineárního iontového driftu nezohledňují asymetrii mezi nastaveným časem (přepínání mezi vysokým a nízkým odporem) a časem resetování (přepínání s nízkým až vysokým odporem) a neposkytují hodnoty iontové mobility v souladu s experimentálními daty. Pro kompenzaci tohoto nedostatku byly navrženy nelineární modely iontového driftu.

Článek z roku 2014 od výzkumníků společnosti ReRAM dospěl k závěru, že Strukovovy (HP) rovnice počátečního/základního memristorového modelování neodrážejí skutečnou fyziku zařízení dobře, zatímco následné (založené na fyzice) modely, jako je Pickettův model nebo Menzelův model ECM (Menzel je co- autor tohoto článku) mají adekvátní předvídatelnost, ale jsou výpočetně prohibitivní. Od roku 2014 pokračuje hledání modelu, který tyto problémy vyvažuje; článek identifikuje Changovy a Yakopcicovy modely jako potenciálně dobré kompromisy.

Martin Reynolds, analytik elektrotechniky s výzkumným vybavením Gartner , poznamenal, že zatímco HP bylo nedbale nazývat své zařízení memristorem, kritici byli pedantští a tvrdili, že to nebyl memristor.

Experimentální testy

Chua navrhl experimentální testy k určení, zda může být zařízení správně zařazeno do kategorie memristor:

• Lissajous křivka v napětí-proud rovině je sevření hysterezní smyčky při poháněn jakýmkoliv bipolární periodické napětí nebo proudu bez ohledu na počáteční podmínky.
• Plocha každého laloku skřípnuté hysterezní smyčky se zmenšuje, jak se zvyšuje frekvence vynucovacího signálu.
• Jak frekvence směřuje k nekonečnu, hysterezní smyčka degeneruje na přímku skrz počátek, jejíž sklon závisí na amplitudě a tvaru vynucujícího signálu.

Podle Chua všechny odporové spínací paměti včetně ReRAM , MRAM a paměti pro změnu fáze splňují tato kritéria a jsou memristory. Nedostatek údajů pro Lissajousovy křivky v rozsahu počátečních podmínek nebo v rozsahu frekvencí však komplikuje posouzení tohoto tvrzení.

Experimentální důkazy ukazují, že odporová paměť založená na redoxu ( ReRAM ) obsahuje efekt nanobaterie, který je v rozporu s Chuovým memristorovým modelem. To naznačuje, že teorii memristoru je třeba rozšířit nebo opravit, aby bylo možné přesné modelování ReRAM.

Teorie

V roce 2008 vědci z HP Labs představili model pro funkci memristance založený na tenkých filmech oxidu titaničitého . Pro R _ON ≪ R _OFF byla funkce memristance určena jako

${\ Displaystyle M (q (t)) = R _ {\ mathrm {OFF}} \ cdot \ left (1-{\ frac {\ mu _ {v} R _ {\ mathrm {ON}}} {D^{2 }}} q (t) \ vpravo)}$

kde R _OFF představuje stav vysokého odporu, R _ON představuje stav nízkého odporu, μ _v představuje pohyblivost příměsí v tenkém filmu a D představuje tloušťku filmu. Skupina HP Labs poznamenala, že „funkce okna“ jsou nutné ke kompenzaci rozdílů mezi experimentálními měřeními a jejich memristorovým modelem v důsledku nelineárního iontového driftu a hraničních efektů.

Provoz jako přepínač

U některých memristorů způsobuje aplikovaný proud nebo napětí podstatnou změnu odporu. Taková zařízení mohou být charakterizována jako spínače zkoumáním času a energie, které musí být vynaloženy k dosažení požadované změny odporu. To předpokládá, že použité napětí zůstává konstantní. Řešení pro pohlcování energie v průběhu jednoho spínacího případě ukazuje, že pro memristoru přejít z R _o k R _vypnutí v čase T _na na T _vypnutí , náboj musí změnit podle AQ = Q _na - Q _vypnutí .

${\ Displaystyle E _ {\ mathrm {switch}} = \ V^{2} \ int _ {T _ {\ mathrm {off}}}^{T _ {\ mathrm {on}}} {\ frac {\ mathrm {d } t} {M (q (t))}} = \ V^{2} \ int _ {Q _ {\ mathrm {off}}}^{Q _ {\ mathrm {on}}} {\ frac {\ mathrm {d} q} {I (q) M (q)}} = \ V^{2} \ int _ {Q _ {\ mathrm {off}}}^{Q _ {\ mathrm {on}}} {\ frac {\ mathrm {d} q} {V (q)}} = \ V \ Delta Q}$

Dosazením V = I ( q ) M ( q ), a pak ∫d q / V = ∆ Q / V pro konstantu V To vytvoří konečný výraz. Tato výkonová charakteristika se zásadně liší od polovodičového tranzistoru na bázi oxidu kovu , který je založen na kondenzátoru. Na rozdíl od tranzistoru konečný stav memristoru z hlediska náboje nezávisí na předpětí.

Typ memristoru popsaný Williamsem přestává být ideální po přepnutí celého jeho rozsahu odporu, čímž vzniká hystereze , nazývaná také „režim tvrdého přepínání“. Další druh spínače bude mít cyklickou M ( q ), tak, aby každý z - o události by být následován o - vypnuto případě za konstantního předpětí. Takové zařízení by fungovalo jako memristor za všech podmínek, ale bylo by méně praktické.

Memristivní systémy

V obecnějším pojetí memristivního systému n -tého řádu jsou definující rovnice

${\ Displaystyle {\ begin {aligned} y (t) & = g ({\ textbf {x}}, u, t) u (t), \\ {\ dot {\ textbf {x}}} & = f ({\ textbf {x}}, u, t) \ end {aligned}}}$

kde u ( t ) je vstupní signál, y ( t ) je výstupní signál, vektor x představuje sadu n stavových veličin popisující zařízení, a g a f jsou spojité funkce . U proudově řízeného memristivního systému signál u ( t ) představuje aktuální signál i ( t ) a signál y ( t ) představuje napěťový signál v ( t ). U napěťově řízeného memristivního systému signál u ( t ) představuje napěťový signál v ( t ) a signál y ( t ) představuje aktuální signál i ( t ).

Čistý memristor je zvláštní případ těchto rovnic, a to, když x je závislá pouze na ceně ( x = q ), a protože náboj se vztahuje k proudu přes časové derivace d q / d t = i ( t ). Pro čisté memristory tedy f (tj. Rychlost změny stavu) musí být stejná nebo úměrná proudu i ( t ).

Štípaná hystereze

Jednou z výsledných vlastností memristorů a memristivních systémů je existence efektu sevřené hystereze . U proudově řízeného memristivního systému je vstup u ( t ) proud i ( t ), výstup y ( t ) je napětí v ( t ) a sklon křivky představuje elektrický odpor. Změna sklonu křivek sevřených hysterezí ukazuje přepínání mezi různými stavy odporu, což je fenomén ústřední pro ReRAM a jiné formy dvoukoncové odporové paměti. Na vysokých frekvencích memristivní teorie předpovídá, že sevřený efekt hystereze bude degenerovat, což má za následek přímku představující lineární odpor. Bylo prokázáno, že některé typy nekřížících sevřených křivek hystereze (označované Typ-II) nelze popsat memristory.

Rozšířené systémy

Někteří vědci nastolili otázku vědecké legitimity memristorových modelů HP při vysvětlování chování ReRAM. a navrhli rozšířené memristivní modely k nápravě vnímaných nedostatků.

Jeden příklad se pokouší rozšířit rámec memristivních systémů zahrnutím dynamických systémů zahrnujících derivace vyššího řádu vstupního signálu u ( t ) jako rozšíření řady

${\ displaystyle {\ begin {aligned} y (t) & = g_ {0} ({\ textbf {x}}, u) u (t)+g_ {1} ({\ textbf {x}}, u) {\ operatorname {d} ^{2} u \ over \ operatorname {d} t ^{2}}+g_ {2} ({\ textbf {x}}, u) {\ operatorname {d} ^{4} u \ over \ operatorname {d} t ^{4}} +\ ldots +g_ {m} ({\ textbf {x}}, u) {\ operatorname {d} ^{2m} u \ over \ operatorname {d } t^{2m}}, \\ {\ dot {\ textbf {x}}} & = f ({\ textbf {x}}, u) \ end {zarovnáno}}}$

kde m je celé kladné číslo, u ( t ) je vstupní signál, y ( t ) je výstupní signál, vektor x představuje sadu n stavových proměnných, které popisují zařízení a funkce g a f jsou spojité funkce . Tato rovnice vytváří stejné křivky hystereze křížení nuly jako memristivní systémy, ale s jinou frekvenční odezvou, než jakou předpovídaly memristivní systémy.

Další příklad navrhuje zahrnout offsetovou hodnotu a, aby se zohlednil pozorovaný efekt nanobaterie, který porušuje předpokládaný efekt sevřeného hystereze s nulovým křížením.

${\ displaystyle {\ begin {aligned} y (t) & = g_ {0} ({\ textbf {x}}, u) (u (t) -a), \\ {\ dot {\ textbf {x} }} & = f ({\ textbf {x}}, u) \ end {zarovnáno}}}$

Implementace

Memristor oxidu titaničitého

Zájem o memristor oživil, když v roce 2007 R. Stanley Williams z Hewlett Packard nahlásil experimentální verzi v pevném stavu . Článek byl prvním, kdo prokázal, že zařízení v pevné fázi může mít vlastnosti memristoru na základě chování tenké vrstvy v nanoměřítku . Zařízení nepoužívá magnetický tok, jak naznačuje teoretický memristor, ani neukládá náboj jako kondenzátor, ale místo toho dosahuje odporu závislého na historii proudu.

I když to není uvedeno v počátečních zprávách HP o jejich memristoru TiO ₂ , charakteristiky přepínání odporu oxidu titaničitého byly původně popsány v šedesátých letech minulého století.

Zařízení HP se skládá z tenkého (50 nm ) filmu oxidu titaničitého mezi dvěma 5 nm silnými elektrodami , jednou titanovou a druhou platinovou . Zpočátku existují dvě vrstvy filmu oxidu titaničitého, z nichž jedna má mírné vyčerpání atomů kyslíku . Volná místa kyslíku fungují jako nosiče náboje , což znamená, že ochuzená vrstva má mnohem nižší odpor než nevyčerpaná vrstva. Když je aplikováno elektrické pole, uvolňování kyslíku se unáší (viz Rychlý iontový vodič ), čímž se mění hranice mezi vrstvami s vysokým odporem a nízkým odporem. Odpor filmu jako celku tedy závisí na tom, kolik náboje jím prošlo v určitém směru, což je vratné změnou směru proudu. Protože zařízení HP zobrazuje rychlé vedení iontů v nanoměřítku, je považováno za nanoionické zařízení .

Memristance se zobrazí pouze v případě, že jak dopovaná vrstva, tak vyčerpaná vrstva přispívají k odporu. Když memristorem projde dostatek náboje, že se ionty již nemohou pohybovat, zařízení vstoupí do hystereze . Přestává integrovat q = ∫ I  d t , ale spíše udržuje q na horní hranici a M pevný, takže funguje jako konstantní odpor, dokud není proud obrácen.

Paměťové aplikace tenkovrstvých oxidů byly nějakou dobu oblastí aktivního vyšetřování. IBM publikovala v roce 2000 článek týkající se struktur podobných strukturám popsaným Williamsem. Samsung má v USA patent na přepínače založené na volných místech, podobné těm, které popsal Williams. Williams má také americkou patentovou přihlášku související s konstrukcí memristoru.

V dubnu 2010 laboratoře HP oznámily, že mají praktické memristory pracující na spínacích časech 1 ns (~ 1 GHz) a velikostech 3 nm na 3 nm, což je dobrým znamením pro budoucnost technologie. Při těchto hustotách by mohl snadno soupeřit se současnou technologií flash paměti pod 25 nm .

Polymerní memristor

V roce 2004 Krieger a Spitzer popsali dynamický doping polymerních a anorganických dielektrických materiálů, které zlepšily spínací charakteristiky a retenci potřebné k vytvoření fungujících energeticky nezávislých paměťových buněk. Použili pasivní vrstvu mezi elektrodou a aktivními tenkými filmy, což zlepšilo extrakci iontů z elektrody. Jako tuto pasivní vrstvu je možné použít rychlý iontový vodič , který umožňuje výrazné snížení pole iontové extrakce.

V červenci 2008 Erokhin a Fontana tvrdili, že vyvinuli polymerní memristor před nedávno oznámeným memristorem oxidu titaničitého.

V roce 2010 Alibart, Gamrat, Vuillaume a kol. představil nový hybridní organický/nanočásticový přístroj ( NOMFET  : tranzistor s efektem organického paměťového pole nanočástic), který se chová jako memristor a který ukazuje hlavní chování biologické spikající synapse. Toto zařízení, nazývané také synapstor (synapsní tranzistor), bylo použito k demonstraci obvodu inspirovaného neuro (asociativní paměť ukazující pavlovské učení).

V roce 2012 Crupi, Pradhan a Tozer popsali důkaz koncepčního návrhu k vytvoření neurálních synaptických paměťových obvodů pomocí organických iontových memristorů. Okruh synapsí prokázal dlouhodobou potenciaci pro učení i zapomínání založené na nečinnosti. Pomocí mřížky obvodů byl vzorek světla uložen a později vyvolán. To napodobuje chování neuronů V1 v primární zrakové kůře, které fungují jako časoprostorové filtry, které zpracovávají vizuální signály, jako jsou hrany a pohybující se čáry.

Vrstvený memristor

V roce 2014 Bessonov a kol. uvedlo flexibilní memristivní zařízení obsahující heterostrukturu MoO _x / MoS ₂ vloženou mezi stříbrné elektrody na plastovou fólii. Způsob výroby je zcela založen na technologiích tisku a zpracování roztoků využívajících dvojrozměrné vrstvené dichalkogenidy přechodných kovů (TMD). Memristory jsou mechanicky flexibilní, opticky průhledné a vyráběné za nízkou cenu. Bylo zjištěno, že memristivní chování přepínačů je doprovázeno výrazným memkapacitivním efektem. Vysoký spínací výkon, prokázaná synaptická plasticita a udržitelnost mechanických deformací slibují emulovat přitažlivé vlastnosti biologických nervových systémů v nových výpočetních technologiích.

Atomristor

Atomristor je definován jako elektrická zařízení vykazující memristivní chování v atomově tenkých nanomateriálech nebo atomových listech. V roce 2018 Ge a Wu et al. nejprve hlásil univerzální memristivní efekt v jednovrstvých atomových listech TMD (MX ₂ , M = Mo, W; a X = S, Se) na základě vertikální struktury zařízení kov-izolační kov (MIM). Tyto atomristory nabízejí přepínání bez tvarování a unipolární i bipolární provoz. Přepínací chování se nachází v monokrystalických a polykrystalických filmech s různými kovovými elektrodami (zlato, stříbro a grafen). Atomicky tenké listy TMD jsou připravovány pomocí CVD / MOCVD , což umožňuje levnou výrobu. Poté, s využitím nízkého odporu „zapnuto“ a velkého poměru zapnuto/vypnuto, byl prokázán vysoce výkonný vysokofrekvenční spínač s nulovým výkonem na základě atomových rotorů MoS ₂ , což naznačuje novou aplikaci memristorů.

Feroelektrický memristor

Feroelektrické memristor je založen na tenké feroelektrické bariéry, vloženou mezi dvěma kovovými elektrodami. Přepínání polarizace feroelektrického materiálu působením kladného nebo záporného napětí na křižovatku může vést ke změně odporu o dva řády: R _OFF ≫ R _ON (efekt nazývaný Elektroodpor v tunelu). Obecně se polarizace nepřepíná náhle. Ke zvratu dochází postupně nukleací a růstem feroelektrických domén s opačnou polarizací. Během tohoto procesu není odpor ani R _ON, ani R _OFF , ale mezi nimi. Když se napětí cykluje, konfigurace feroelektrické domény se vyvíjí, což umožňuje jemné doladění hodnoty odporu. Hlavními výhodami feroelektrického memristoru je, že lze vyladit dynamiku feroelektrických domén, což nabízí způsob, jak zkonstruovat odezvu memristoru, a že změny odporu jsou způsobeny čistě elektronickými jevy, což napomáhá spolehlivosti zařízení, protože se nejedná o žádnou hlubokou změnu struktury materiálu.

Uhlíkový nanorúrkový memristor

V roce 2013 Ageev, Blinov a kol. popsali pozorování efektu memristoru ve struktuře založené na vertikálně zarovnaných uhlíkových nanotrubičkách studujících svazky CNT skenovacím tunelovým mikroskopem .

Později bylo zjištěno, že CNT memristivní přepínání je pozorováno, když má nanotrubice nerovnoměrné elastické napětí Δ L 0. Ukázalo se, že memristivní přepínací mechanismus napjatého СNT je založen na tvorbě a následné redistribuci nejednotného elastického napětí a piezoelektrické pole Edef v nanotrubici pod vlivem vnějšího elektrického pole E ( x , t ).

Biomolekulární memristor

Biomateriály byly hodnoceny pro použití v umělých synapsích a ukázaly potenciál pro aplikaci v neuromorfních systémech. Zejména byla zkoumána proveditelnost použití biomemristoru na bázi kolagenu jako umělého synaptického zařízení, zatímco synaptické zařízení založené na ligninu prokázalo stoupající nebo klesající proud s následnými zatáčkami napětí v závislosti na znaménku napětí a dále prokázal přírodní hedvábný fibroin memristivní vlastnosti; studují se také spin-memristivní systémy na bázi biomolekul.

Spin memristive systémy

Spintronický memristor

Chen a Wang, výzkumníci výrobce diskových jednotek Seagate Technology, popsali tři příklady možných magnetických memristorů. V jednom zařízení dochází k odporu, když rotace elektronů v jedné části zařízení ukazuje jiným směrem než v jiné sekci, čímž vzniká „doménová zeď“, hranice mezi těmito dvěma sekcemi. Elektrony proudící do zařízení mají určitý spin, který mění stav magnetizace zařízení. Změna magnetizace zase posune stěnu domény a změní odpor. Význam díla vedl k rozhovoru společnosti IEEE Spectrum . První experimentální důkaz spintronického memristoru založený na pohybu doménových stěn spinovými proudy v magnetickém tunelovém uzlu byl předložen v roce 2011.

Paměť v křižovatce magnetického tunelu

Spojení magnetického tunelu bylo navrženo tak, aby fungovalo jako memristor prostřednictvím několika potenciálně komplementárních mechanismů, jak vnější (redoxní reakce, zachycování/detrapping náboje a elektromigrace uvnitř bariéry), tak vnitřní ( točivý moment přenosu ).

Vnější mechanismus

Na základě výzkumu provedeného v letech 1999 až 2003 Bowen et al. publikované experimenty v roce 2006 na magnetickém tunelovém spoji (MTJ) vybaveném bistabilními stavy závislými na spinu ( odporové přepínání ). MTJ se skládá z tunelové bariéry SrTiO3 (STO), která odděluje poloviční metalický oxid LSMO a feromagnetické kovové CoCr elektrody. Obvyklé dva stavy odporu MTJ, charakterizované paralelním nebo antiparalelním zarovnáním magnetizace elektrod, se mění působením elektrického pole. Když je elektrické pole aplikováno z CoCr na LSMO elektrodu, poměr magnetorezistence tunelu (TMR) je kladný. Když je směr elektrického pole obrácen, TMR je negativní. V obou případech byly nalezeny velké amplitudy TMR řádově 30%. Vzhledem k tomu, plně spin-polarizované proud teče z napůl kovový LSMO elektrodou, v rámci modelu Julliere , tato změna znaménka naznačuje znamení změny v účinné spinové polarizace CoCr rozhraní / STO. Původ tohoto vícestupňového efektu spočívá v pozorované migraci Cr do bariéry a jeho stavu oxidace. Znaménková změna TMR může pocházet z úprav hustoty stavů rozhraní STO/CoCr, jakož i ze změn v tunelové krajině na rozhraní STO/CoCr vyvolané redoxními reakcemi CrOx.

Zprávy o přepínání memristivů na bázi MgO v MTJ na bázi MgO se objevily od roku 2008 a 2009. Zatímco k navržení pozorovaných memristivních efektů bylo navrženo driftování volných míst v kyslíku v izolační vrstvě MgO, dalším vysvětlením by mohlo být zachycování/odstraňování náboje na lokalizované stavy volných míst kyslíku a jejich dopad na spintroniku. To zdůrazňuje důležitost porozumění tomu, jakou roli hrají uvolněná místa pro kyslík v memristivním provozu zařízení, která nasazují komplexní oxidy s vlastní vlastností, jako je feroelektřina nebo multiferroicita.

Vnitřní mechanismus

Magnetizační stav MTJ může být řízen točivým momentem přenosu , a může tedy prostřednictvím tohoto vnitřního fyzikálního mechanismu vykazovat memristivní chování. Tento točivý moment je indukován proudem protékajícím křižovatkou a vede k účinnému způsobu dosažení MRAM . Avšak doba, po kterou proud protéká křižovatkou, určuje množství potřebného proudu, tj. Klíčovou proměnnou je náboj.

Kombinace vnitřních (točivý moment přenosu) a vnější (odporové přepínání) mechanismů přirozeně vede k memristivnímu systému druhého řádu popsaného stavovým vektorem x  = ( x ₁ , x ₂ ), kde x ₁ popisuje magnetický stav elektrody a x ₂ označuje odporový stav bariéry MgO. V tomto případě je změna x ₁ řízena proudem (točivý moment je způsoben vysokou proudovou hustotou), zatímco změna x ₂ je řízena napětím (posun volných míst kyslíku je způsoben vysokými elektrickými poli). Přítomnost obou efektů v memristivním magnetickém tunelovém spojení vedla k myšlence nanoskopického systému synapsí-neuronů.

Spin memristive systém

Pershin a Di Ventra navrhli zásadně odlišný mechanismus memristivního chování . Autoři ukazují, že určité typy polovodičových spintronických struktur patří do široké třídy memristivních systémů, jak je definují Chua a Kang. Mechanismus memristivního chování v takových strukturách je zcela založen na stupni volnosti elektronového spinu, který umožňuje pohodlnější ovládání než transport iontů v nanostrukturách. Když se změní externí řídicí parametr (například napětí), nastavení polarizace elektronového spinu se zpoždí kvůli difuzním a relaxačním procesům způsobujícím hysterezi. Tento výsledek byl očekáván při studiu extrakce spinu na rozhraní polovodič/feromagnet, ale nebyl popsán z hlediska memristivního chování. V krátkém časovém měřítku se tyto struktury chovají téměř jako ideální memristor. Tento výsledek rozšiřuje možnou škálu aplikací polovodičové spintroniky a je krokem vpřed v budoucích praktických aplikacích.

Samorostlý kanálový memristor

V roce 2017 Dr. Kris Campbell formálně představil memristor s vlastním kanálem (SDC). Zařízení SDC je první memristivní zařízení dostupné komerčně výzkumníkům, studentům a elektronickým nadšencům po celém světě. Zařízení SDC je v provozu ihned po výrobě. V aktivní vrstvě Ge ₂ Se ₃ se nacházejí homopolární vazby Ge-Ge a dochází k přepínání. Tři vrstvy sestávající z Ge ₂ Se ₃ /Ag /Ge ₂ Se ₃ , přímo pod horní wolframovou elektrodou, se během nanášení mísí a společně tvoří vrstvu zdroje stříbra. Mezi těmito dvěma vrstvami je vrstva SnSe, která zajišťuje, že vrstva zdroje stříbra není v přímém kontaktu s aktivní vrstvou. Protože stříbro nemigruje do aktivní vrstvy při vysokých teplotách a aktivní vrstva udržuje vysokou teplotu skelného přechodu přibližně 350 ° C (662 ° F), má zařízení výrazně vyšší teploty zpracování a provozu při 250 ° C (482 ° C) F) a nejméně 150 ° C (302 ° F). Tyto teploty zpracování a provozu jsou vyšší než u většiny typů chalkogenidových zařízení vodivých ionty, včetně skel na bázi S (např. GeS), které je třeba fotodopovat nebo tepelně žíhat. Tyto faktory umožňují zařízení SDC pracovat v širokém rozsahu teplot, včetně dlouhodobého nepřetržitého provozu při 150 ° C (302 ° F).

Potenciální aplikace

Memristory zůstávají laboratorní kuriozitou, dosud vyrobenou v nedostatečném počtu pro získání jakýchkoli komerčních aplikací. Navzdory tomuto nedostatku masové dostupnosti měl podle Allied Market Research trh s memristory v roce 2015 hodnotu 3,2 milionu USD a do roku 2022 bude mít hodnotu 79,0 milionu USD.

Potenciální aplikace memristorů je v analogových pamětech pro supravodivé kvantové počítače.

Memristory mohou být potenciálně přepracovány do energeticky nezávislé paměti SSD , která by mohla umožnit vyšší hustotu dat než pevné disky s přístupovými dobami podobnými DRAM , nahrazující obě součásti. HP prototyp příčka západkový paměť, která se vejde 100 gigabitů na čtvereční centimetr, a navrhla škálovatelné 3D návrh (skládající se z až 1000 vrstev nebo 1 petabit na cm ³ ). V květnu 2008 společnost HP uvedla, že její zařízení v současné době dosahuje přibližně jedné desetiny rychlosti paměti DRAM. Odpor zařízení bude snímán střídavým proudem, aby nebyla ovlivněna uložená hodnota. V květnu 2012 bylo oznámeno, že přístupová doba byla zlepšena na 90 nanosekund, což je téměř stokrát rychlejší než současná paměť Flash. Spotřeba energie přitom činila jen jedno procento spotřeby paměti Flash.

Memristor má aplikace v programovatelné logice , zpracování signálu , zobrazování v super rozlišení , fyzických neuronových sítích , řídicích systémech , rekonfigurovatelných počítačích , rozhraních mozek-počítač a RFID . Pro stavovou logickou implikaci se potenciálně používají memristivní zařízení, která umožňují náhradu logických výpočtů založených na CMOS. V tomto směru bylo hlášeno několik raných prací.

V roce 2009 byl k modelování experimentů adaptivního chování jednobuněčných organismů použit jednoduchý elektronický obvod skládající se ze sítě LC a memristoru. Bylo ukázáno, že obvod podrobený sledu periodických pulzů se učí a předjímá další puls podobný chování slizových forem Physarum polycephalum, kde viskozita kanálů v cytoplazmě reaguje na periodické změny prostředí. Aplikace takových obvodů mohou zahrnovat např. Rozpoznávání vzorů . Projekt DARPA SyNAPSE financovaný společností HP Labs ve spolupráci s Boston University Neuromorphics Lab vyvíjí neuromorfní architektury, které mohou být založeny na memristivních systémech. V roce 2010 Versace a Chandler popsali model MoNETA (Modular Neural Exploring Traveling Agent). MoNETA je první rozsáhlý model neurální sítě, který implementuje obvody celého mozku k napájení virtuálního a robotického agenta pomocí memristivního hardwaru. Merrikh-Bayat a Shouraki předvedli aplikaci příčníkové struktury memristoru na konstrukci analogového měkkého výpočetního systému. V roce 2011 ukázali, jak lze příčníky memristoru kombinovat s fuzzy logikou a vytvořit tak analogový memristivní neuro-fuzzy výpočetní systém s fuzzy vstupními a výstupními terminály. Učení je založeno na vytváření fuzzy vztahů inspirovaných pravidlem učení Hebbia .

V roce 2013 Leon Chua publikoval tutoriál, který podtrhl široký rozsah komplexních jevů a aplikací, které memristory pokrývají a jak je lze použít jako energeticky nezávislé analogové paměti a mohou napodobovat klasické jevy a návyky.

Derivační zařízení

Memistor a memtranzistor

Memistor a memtransistor jsou tranzistor na bázi zařízení, která obsahují funkci memristor.

Paměťové kondenzátory a meminduktory

V roce 2009 Di Ventra , Pershin a Chua rozšířili pojem memristivní systémy na kapacitní a indukční prvky ve formě memkapacitorů a meminduktorů, jejichž vlastnosti závisí na stavu a historii systému, dále rozšířené v roce 2013 Di Ventrou a Pershinem .

Memfractance a memfractor, memristor 2. a 3. řádu, memcapacitor a meminductor

V září 2014 Mohamed-Salah Abdelouahab , Rene Lozi a Leon Chua publikovali obecnou teorii memristivních prvků 1., 2., 3. a n-tého řádu pomocí zlomkových derivací .

Dějiny

Prekurzory

Sir Humphry Davy říká, že někteří provedli první experimenty, které lze vysvětlit memristorovými efekty již v roce 1808. Prvním zařízením podobné povahy, které mělo být zkonstruováno, byl však memistor (tj. Paměťový odpor), termín 1960 Bernardem Widrowem k popisu obvodového prvku rané umělé neuronové sítě zvané ADALINE . O několik let později, v roce 1968, Argall publikoval článek ukazující účinky TiO ₂ na přepínání odporu, který později tvrdili vědci z Hewlett Packard jako důkaz memristoru.

Teoretický popis

Leon Chua postuloval svůj nový prvek se dvěma koncovými obvody v roce 1971. Vyznačoval se vztahem mezi nábojovou a tokovou vazbou jako čtvrtým základním obvodovým prvkem. O pět let později se svým studentem Sung Mo Kangem zobecnili teorii memristorů a memristivních systémů včetně vlastnosti křížení nuly v Lissajousově křivce charakterizující chování proud vs. napětí.

Dvacáte první století

1. května 2008 publikovali Strukov, Snider, Stewart a Williams článek v časopise Nature, který identifikuje souvislost mezi 2-koncovým odporovým spínacím chováním nalezeným v nanorozměrových systémech a memristorech.

23. ledna 2009 rozšířili Di Ventra , Pershin a Chua pojem memristivní systémy na kapacitní a indukční prvky, konkrétně na kondenzátory a induktory , jejichž vlastnosti závisí na stavu a historii systému.

V červenci 2014 skupina MeMOSat/ LabOSat (složená z výzkumníků z Universidad Nacional de General San Martín (Argentina) , INTI, CNEA a CONICET ) vynesla paměťová zařízení na oběžnou dráhu pro jejich studium na LEO . Od té doby, sedm misí s různými zařízeními provádí experimenty v nízké oběžné dráze, na palubě Satellogic ‚s nu-Sat satelitů.

7. července 2015 oznámila společnost Knowm Inc komerčně memristory typu Self Directed Channel (SDC). Tato zařízení zůstávají k dispozici v malém počtu.

13. července 2018 byl spuštěn MemSat (Memristor Satellite) k létání užitečného zatížení vyhodnocení memristoru.

Viz také

• 3D XPoint
• Elektrický prvek
• Hybridní paměťová kostka
• Seznam nově vznikajících technologií
• Neuromorfní inženýrství
• Trancitor

Reference

Další čtení

• Chen, Dongmin; Chua, Leon O .; Hwang, Cheol Seong; Wang, Shih-Yuan; Waser, Rainer; Williams, R. Stanley; Yang, Jianhua, eds. (Březen 2011). „Zvláštní vydání: Memristivní a odporová zařízení a systémy“ . Applied Physics . 102 odst. EISSN  1432-0630 . ISSN  0947-8396 .
• Mazumder, P .; Kang, SM; Waser, R., eds. (Červen 2012). „Zvláštní vydání: PAMĚTI: ZAŘÍZENÍ, MODELY A APLIKACE“ . Sborník IEEE . 100 (6): 1905–2092. doi : 10,1109/JPROC.2012.2197452 . ISSN  0018-9219 .
• Tetzlaff, Ronald, ed. (2013). Memristory a memristivní systémy (Google Books) . Springer Science & Business Media . doi : 10,1007/978-1-4614-9068-5 . ISBN 978-1-4614-9068-5.
• Adamatzky, Andrew; Chua, Leon, eds. (2013). Sítě Memristor (Knihy Google) . Springer Science & Business Media . doi : 10,1007/978-3-319-02630-5 . ISBN 978-3-319-02630-5. S2CID  39739718 .
• Atkin, Keith (květen 2013). „Úvod do memristoru“. Tělesná výchova . 48 (3): 317–321. Bibcode : 2013PhyEd..48..317A . doi : 10,1088/0031-9120/48/3/317 .
• Gale, Ella (1. října 2014). „ Memristory na bázi TiO ₂ a ReRAM: materiály, mechanismy a modely (recenze)“. Polovodičová věda a technologie . 29 (10): 104004. arXiv : 1611.04456 . Bibcode : 2014SeScT..29j4004G . doi : 10,1088/0268-1242/29/10/104004 . S2CID  5686212 .
• Traversa, Fabio Lorenzo; Di Ventra, Massimiliano (listopad 2015). „Universal Memcomputing Machines“. Transakce IEEE na neurálních sítích a výukových systémech . 26 (11): 2702–2715. arXiv : 1405.0931 . CiteSeerX  10.1.1.747.5690 . doi : 10.1109/TNNLS.2015.2391182 . PMID  25667360 . S2CID  1406042 .
• Caravelli, Francesco; Carbajal, Juan Pablo (leden 2019). „Memristoři pro zvědavé zvenčí“. Technologie . 6 (4): 118. arXiv : 1812.03389 . doi : 10,3390/technologies6040118 . S2CID  54464654 .
• Maan, Akshay Kumar; Jayadevi, Deepthi Anirudhan; James, Alex Pappachen (srpen 2017). „Průzkum logických obvodů memristivní prahové hodnoty“. Transakce IEEE na neurálních sítích a výukových systémech . 28 (8): 1734–1746. arXiv : 1604.07121 . doi : 10.1109/TNNLS.2016.2547842 . PMID  27164608 . S2CID  1798273 .

externí odkazy

• Hledání chybějícího memristora na YouTube
• Interaktivní databáze memristorových papírů (2013)
• Simonite, Tom (21. dubna 2015). „Strojové sny“ . Recenze technologie . Vyvolány 5 December je 2017 .
• „Leon Chua: Žárovka versus Google Go Player“ - (v polštině) rozhovor s Leonem Chua, tvůrcem memristoru
• „Leon Chua: Bulb versus Google go player“ - (v angličtině) rozhovor s Leonem Chua, tvůrcem memristoru