Memristor

Indenfor elektronik er en memristor et passivt kredsløbselement. Memristoren er blevet beskrevet som det fjerde elementære passive kredsløbselement, på linje med de velkendte kondensator, modstand og spole. Navnet memristor er en portmanteau af memory resistor – hukommelse og modstand.

Memristor symbol.

En memristor gemmer i princippet information, fordi dens resistans ændrer værdi som funktion af den passerede ladning regnet med fortegn. Den typiske lineare modstand har en stabil resistans uafhængig af strømmens størrelse og også stabil i forhold til den passerede mængde ladning. En memristor kan have en høj resistans hvilken kan vælges at fortolkes som "1" i data termer – og en lav resistans kan fortolkes som "0". Som en følge af den valgte fortolkning kan data blive gemt og genskrevet ved at styre strømmen. På en måde er en memristor en variabel modstand som via dens modstand afspejler sin egen historiske passerede strøm.

Memristoren blev forudsagt og beskrevet i 1971 af Leon Chua ved UC Berkeley, i en artikel i IEEE Transactions on Circuit Theory.

I 37 år var memristoren et hypotetiskt element, uden kendte fysiske realiseringer. I april 2008 blev det rapporteret i Nature, at en fysisk implementation af en memristor var blevet lavet af et team af forskere ved HP Labs.

I 2012 offentliggjorde Erik Lægsgaard fra Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet et elektronisk kredsløb, som simulerer en memristor.

Fra ca. 2016 har man kunnet købe en IC med otte memristorer - i fire forskellige typer. Disse memristorer kan kun tåle lave spændinger og strømme - fx vil en måling med et standard multimeter ødelægge dem. Statisk elektricitet ødelægger dem også. Herudover fungerer disse memristorer nogle millioner gange (se databladet).

I 2026 offentliggjorde forskere fra University of Southern California at de via serendipitet havde opdaget og karakteriseret en memristor, som kan arbejde ved temperaturer op til 700°C. Memristoren er lavet af en wolframelektrode, keramisk hafniumoxid i midten - og en grafénelektrode nederst. Memristoren har indtil videre kunnet klare mere end en milliard cykler ved 700°C og holdt data gemt i mere end 50 timer uden genopfriskning - og den arbejder ved 1,5 volt og hastigheden er mellem 10 og 100 nanosekunder.

Fysik

Memristoren er et element i hvilken den magnetisk flux $\Phi _{m}$ er en funktion af den akkumulerede elektriske ladning q (i komponenten passerede). Fluxens afledede mht. ladningen

• Memristans: $M(q)={\frac {\mathrm {d} \Phi _{m}}{\mathrm {d} q}}$

er kendt som memristans. Dette er sammenligneligt med de andre tre fundamentale kredsløbselementer:

• Resistans: $R(I)={\frac {\mathrm {d} V}{\mathrm {d} I}}$
• Induktans: $L(I)={\frac {\mathrm {d} \Phi _{m}}{\mathrm {d} I}}$
• Kapacitans: ${\frac {1}{C(q)}}={\frac {\mathrm {d} V}{\mathrm {d} q}}$

Her er:

• $q$ elektrisk ladning
• $I$ er elektrisk strøm
• $V$ er elektrisk spænding
• $\Phi _{m}$ er magnetisk flux

Ved at anvende Faradays induktionslov og kædereglen til ligningen som definerer memristans, får man at spændingen V over en memristor er relateret til strømmen I af den øjeblikkelige værdi af memristansen:

$V(t)=M(q(t))I(t)\,$

Så til et hvilketsomhelst tidspunkt opfører memristoren sig som en almindelig modstand. Men, dens "resistans" M(q) er en værdi som afhænger af den passerede ladning i komponenten. En linear memristor (én for hvilken M er konstant) ville opføre sig som en linear modstand, med M = R. Memristans kan siges af afhænge af strømmen som funktion af tiden på sammen måde som kondensatorers spænding gør.

Typer

Anvendelse: Modellere elektrokemisk celle

Memristoren blev anvendt til at karakterisere opførselen af elektrokemiske celler.

Faststof

Interessen i memristoren blev genoplivet i 2007 da en eksperimentiel faststof version blev rapporteret af Stanley Williams ved Hewlett-Packard. En faststof komponent kunne ikke realiseres indtil nanoteknologi frembragte usædvanlige opførsler. HP lavede en prototype af en crossbar latch hukommelse som kan have en tæthed på 100 gigabit per cm². Den højeste Flashhukommelse-tæthed kan til sammenligning gemme 16 gigabit per cm². Memristorens resistans aflæses med vekselstrøm så den gemte digitale værdi ikke ændres.

Samsung har afleveret et U.S. patent anvendelse til bedømmelse, med en memristor som ligner den beskrevet af Williams. Så det er uklart om Williams gruppe er den første.

I 2024 rapporterede Universitat Autonoma de Barcelona, at de har lavet en memristor, som kan fungere som en switch helt op til 120 GHz. Memristoren er lavet af hexagonal-BN og er forbundet via to flade guldelektroder.

Potentielle anvendelser

Williams faststof memristorer kan sammensættes til transistorer, men være meget mindre end transistorer. De kan også designes til at være faststof ikke-flygtig hukommelse, som kan opnå højere datatætheder end harddiske med tilgangstider potentielt som svarer til dynamisk rams. HP har rapporteret at deres version af memristoren er omkring 10 gange langsommere end DRAM.

Nogle patenter relateret til memristoren ser ud til at omfatte anvendelser indenfor programmerbar logik, signalbehandling, kunstige neurale netværk, og kontrolsystemer.

I defensetechbriefs blev det offentliggjort i 2012 at CMOS-memristorer kan anvendes indenfor: FPGA, DSP, analog elektronik og neurolignende anvendelser.

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commons har medier relateret til: Memristor

• BBC News – Electronics' 'missing link' found 01 May 2008
• Nature News – Found: the missing circuit element 30 Apr 2008
• Wired.com – Scientists Create First Memristor: Missing Fourth Electronic Circuit Element 30 Apr 2008
• Aug 29 2011, Nyle Steiner K7NS: Homemade Memristor