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MEMRISTOR
Esta es una de las primeras imágenes de un memristor, sintetizadas en laboratorios de
HP. Muestra una imagen de un circuito con 17 memristors capturado por un
microscopio de fuerza atómica. Los cables son 50 nm - unos 150 átomos - de ancho.
Cada memristor se compone de dos capas de dióxido de titanio, de diferentes
resistividades, conectado al cable de electrodos. Como la corriente eléctrica se transmite
a través del dispositivo, que el límite entre las capas se mueve, la evolución de la red de
la resistencia del dispositivo. Este cambio puede ser utilizado para registrar la
información.
Memristors ( "memoria de resistencias") son una clase de pasivos de dos
terminales de circuito de elementos que mantienen una relación funcional entre
el momento integrales de los actuales y tensión. Esto se traduce en resistencia
que varía según el dispositivo del memristance función. Específicamente
diseñado memristors ofrecer resistencia controlable útil para la conexión actual.
El memristor es un caso especial en los llamados "sistemas de memristive", una
clase de modelos matemáticos de utilidad para determinados empíricamente los
fenómenos observados, como el disparo de neuronas. La definición de la
memristor se basa únicamente en las variables fundamentales de circuitos,
similares a las resistencias, condensadores, y inductor. A diferencia de los
elementos más familiar, la memristors necesariamente no lineal puede ser
descrito por cualquiera de una variedad de variables en el tiempo funciones.
Como resultado de ello, memristors no pertenecen a tiempo lineal-invariante
(LTI) circuito modelos. Un tiempo lineal invariante memristor-es simplemente
una resistencia convencional.
Memristor teoría fue formulada con el nombre de León Chua en un documento
de 1971. Chua cree firmemente que un cuarto dispositivo existente para
proporcionar la simetría conceptual con el resistor, inductor y condensador. Esta
simetría se deduce de la descripción básica pasiva de elementos de circuitos, tal
como se define por una relación entre dos de las cuatro variables fundamentales
del circuito, es decir, tensión, corriente, carga y flujo. Un dispositivo de carga y
vinculación de flujo (ellos mismos definen como integrales de tiempo actual y
tensión), lo que sería la memristor, sigue siendo hipotético en el momento. Lo
hizo reconocer que otros científicos ya habían utilizado fijo no lineal de flujo de
carga relaciones. Sin embargo, no sería hasta treinta y siete años más tarde, el 30
de abril de 2008, un equipo que en HP Labs dirigido por el científico R. Stanley
Williams anuncia el descubrimiento de una conmutación memristor. Sobre la
base de una fina capa de dióxido de titanio, se ha presentado como un
dispositivo ideal aproximadamente. es mucho más simple que actualmente
popular MOSFET interruptores y también en condiciones de aplicar un poco de
memoria no volátil en un solo dispositivo, puede permitir memristors nanoescala
la tecnología informática. [10] Chua también especula que puede ser útil en la
construcción de redes neuronales artificiales [11].
Memristor teoría
El memristor es formalmente definido como un período de dos terminales
elemento en el que el flujo magnético Φ m entre los terminales es una función de
la cantidad de carga eléctrica q que ha pasado por el dispositivo. Cada
memristor se caracteriza por su memristance función que describe el cargo que
depende de la tasa de cambio de flujo con cargo.
Tomando nota de la ley de Faraday de la inducción de flujo magnético que es
simplemente el momento integrante de tensión [12], cargo y es el momento
integrante de la actual, podemos escribir la forma más conveniente
Se puede deducir de ello que es simplemente memristance cargo dependiente de
la resistencia. Si M (q (t)) es una constante, entonces obtenemos la Ley de Ohm
R (t) = V (t) / I (t). Si M (q (t)) es no trivial, sin embargo, la ecuación no es
equivalente, ya q (t) y M (q (t)) variarán con el tiempo. La solución para la
tensión en función del tiempo obtenemos
Esta ecuación revela que memristance define una relación lineal entre la corriente
y voltaje, siempre y cuando cargo no varía. Por supuesto, nonzero actual
implica instantáneamente diversos cargos. Corriente alterna, sin embargo, puede
revelar la dependencia lineal en el circuito de funcionamiento de la inducción de
una tensión mensurable en cifras netas sin cargo movimiento-siempre y cuando
el máximo cambio q no causa grandes cambios en M.
Por otra parte, el memristor es estática actual si no se aplica. Si I (t) = 0, nos
encontramos con V (t) = 0 y M (t) es constante. Esta es la esencia del efecto de
memoria.
El consumo de energía característica que recuerda de una resistencia, I 2 R.
Mientras M (q (t)) varía poco, como en virtud de corriente alterna, la memristor
aparecerá como una resistencia. Si M (q (t)) aumenta rápidamente, sin embargo,
los actuales y el consumo de energía va a parar rápidamente.
Flujo magnético en un dispositivo pasivo
En la teoría de circuitos, flujo magnético Φ m normalmente se refiere a la ley de
Faraday de la inducción, que establece que el voltaje en términos de la energía
adquirida en torno a un bucle (fuerza electromotriz) es igual al negativo
derivado del flujo a través del bucle:
Este concepto puede extenderse por analogía a un único dispositivo pasivo. Si el
circuito se compone de dispositivos pasivos, entonces el flujo total es igual a la
suma de los componentes de flujo debido a cada dispositivo. Por ejemplo, un
simple lazo de alambre con una baja resistencia tienen un alto flujo de
vinculación a una aplicada sobre el terreno tan poco flujo es "inducida" en la
dirección opuesta. Tensión de dispositivos pasivos se evalúa en términos de
energía perdida por una unidad de carga:
V=dΦm/dt
Observando que Φ m es simplemente igual a la integral de la caída de potencial
entre dos puntos, nos encontramos con que puede ser fácilmente calculado, por
ejemplo, un amplificador operacional configurado como un integrador.
Unintuitive dos conceptos están en juego:


De flujo magnético es generado por una resistencia en oposición a una
aplicada sobre el terreno o la fuerza electromotriz. A falta de resistencia,
debido al flujo constante CEM aumenta indefinidamente. El oponente de
flujo inducido en una resistencia también debe aumentar indefinidamente
por lo que su suma sigue siendo finito.
Cualquier respuesta adecuada a la tensión aplicada puede ser llamado
"flujo magnético".
El resultado es que un elemento pasivo podrá referirse a algunas variables de
flujo sin almacenar un campo magnético. De hecho, un memristor siempre
aparece instantáneamente como una resistencia.
Como se ha indicado
anteriormente, en el supuesto de que no sea negativo resistencia, en cualquier
instante es disipación de energía de un CEM aplicado y, por tanto, no tiene
salida para disipar un campo almacenado en el circuito. Esto contrasta con un
inductor, para que un campo magnético almacena toda la energía originadas en
el potencial a través de sus terminales, más tarde en libertad como una fuerza
electromotriz en el circuito.
Física restricciones a la M (q)
Una constante tensión aplicada posibles resultados de manera uniforme en el
aumento de Φ m. Numéricamente, infinita recursos de memoria, o un campo
infinitamente fuerte, serían necesarios para almacenar un número que crece
arbitrariamente grandes. Tres alternativas evitar esta imposibilidad física:



M (q) se aproxima a cero, de modo que Φ m = ∫ M (q) q d = ∫ M (q (t))
d t sigue siendo limitada, pero sigue cambiando a un cada vez menor.
Finalmente, este encuentro sería algún tipo de cuantificación y no el
comportamiento ideal.
M (q) es cíclica, por lo que M (q) = M (q - Δ q) q para todos y algunos Δ
q, por ejemplo, el pecado 2 (q / Q).
El dispositivo entra en la histéresis, una vez una cierta cantidad de carga
ha pasado por, o de otra manera deja de actuar como un memristor.
Operación como un interruptor
Para algunos memristors, aplicaron corriente o de tensión provocará un gran
cambio en la resistencia. Estos dispositivos pueden ser caracterizadas como
interruptores de investigar el tiempo y la energía que debe gastarse con el fin de
lograr un deseado cambio en la resistencia. Aquí vamos a suponer que el voltaje
aplicado se mantiene constante y para resolver la disipación de energía durante
un solo evento de conmutación. Para una memristor cambiar de R en R fuera en el
tiempo T en T para fuera, el cargo debe cambiar de Δ Q = Q en - Q off.
La tercera expresión de los resultados de cambiar la variable de integración. Para
llegar a la última expresión, sustituto V = I (q) M (q) y, a continuación, ∫ 1 / V d
Δ q = Q / V para V constante. Esta característica de poder es fundamentalmente
diferente del de un semiconductor de óxido metálico transistor, que es un
capacitor de base dispositivo. A diferencia del transistor, el estado final de la
memristor en términos de carga no depende de sesgo de tensión.
El tipo de memristor descrito por Williams deja de ser ideal tras el cambio en
toda su gama de resistencia y entra histéresis, también llamado el "duro el
cambio de régimen." Otro tipo de cambio tendría un cíclico M (q), de modo que
cada fuera - en caso podrá ir seguido de una en - off caso bajo constante sesgo.
Este dispositivo actuará como memristor en todas las condiciones, pero sería
menos práctico.
El dióxido de titanio memristor
El interés en la memristor revivió en 2008 cuando un experimental del estado
sólido se informó de la versión de R. Stanley Williams de Hewlett Packard. Una
de estado sólido dispositivo no puede ser construido hasta que el inusual
comportamiento de nanoescala los materiales se entiende mejor. El dispositivo
utiliza ni el flujo magnético como el teórico memristor sugerido, ni tiendas cargo
como un condensador hace, sino que alcanza una resistencia depende de la
historia de los actuales mediante un mecanismo químico.
El dispositivo HP se compone de una delgada (5 nm), dióxido de titanio
película entre dos electrodos. Inicialmente, hay dos capas de la película, uno de
los cuales tiene un ligero agotamiento de los átomos de oxígeno. Las vacantes
de oxígeno actúan como portadores cargo, lo que significa que el agotamiento
de la capa tiene una resistencia mucho menor que el no agotamiento de la capa-.
Cuando un campo eléctrico es aplicado, el oxígeno vacante deriva la
modificación de la frontera entre la alta resistencia y baja resistencia capas. Por
lo tanto, la resistencia de la película en su conjunto depende de cuánto cargo ha
sido transmitida a través de él en una determinada dirección, que es reversible
cambiando la dirección del actual, que el dispositivo HP muestra rápida
conducción de iones a nanoescala, se considera un nanoionic dispositivo.
Memristance sólo se muestra cuando los dopados capa y capa agotado tanto
contribuir a la resistencia. Cuando suficiente cargo ha pasado por la memristor
que los iones no pueden moverse, el dispositivo entra en histéresis. No deja de
integrar q = ∫ I d t, sino más bien q mantiene en un límite superior y M fijo, por
lo tanto, actúan como una resistencia hasta el actual se invierte.
Aplicaciones de memoria de película delgada de óxidos ha sido un área de
investigación activa durante algún tiempo. IBM publicó un artículo en 2000 en
relación con estructuras similares a la descrita por Williams, Samsung está
pendiente de EE.UU. solicitud de patente para varias capas de óxido de
conmutadores basados en similar a la descrita por Williams. Williams también
tiene pendiente una solicitud de patente de EE.UU. en relación con la memristor
construcción
Aunque la HP memristor es un gran descubrimiento para la ingeniería eléctrica
teoría, aún no se ha demostrado en funcionamiento en la práctica las
velocidades y densidades. Gráficos en Williams' informe original mostrar el
funcionamiento de conmutación a sólo ~ 1 Hz. A pesar de que la pequeña
dimensión del dispositivo parece dar a entender el funcionamiento rápido, el
transporte de carga se mueven muy lentamente, con una movilidad de iones de
10 -10 cm 2 / (V s). En comparación, el más alto conocido deriva iónica
movilidades se producen en avanzado superionic conductores, tales como
rubidio yoduro de plata con unos 2x10 -4 cm ² / (V s) la realización de iones de
plata a temperatura ambiente. Los electrones y agujeros en silicio tienen una
movilidad ~ 1000 cm ² / (V s), una cifra que es esencial para el desempeño de
transistores. Sin embargo, un sesgo relativamente bajo de 1 voltio se utilizó, y las
parcelas parece ser generada por un modelo matemático en lugar de un
experimento de laboratorio.
Polimérica memristor
En julio de 2008 Victor Erokhin y Marco P. Fontana en electroquímico
controlada poliméricos dispositivo: un memristor (y más) que se encuentra hace
dos años afirman haber desarrollado un polímero memristor ante el dióxido de
titanio memristor más recientemente anunciado.
Spin memristive sistemas
Fundamentalmente un mecanismo diferente para memristive comportamiento
ha sido propuesto por Yuriy V. Pershin y Massimiliano Di Ventra su papel en
"Spin memristive sistemas". Los autores demuestran que ciertos tipos de
semiconductores spintronic estructuras pertenecen a una amplia clase de sistemas
memristive tal como se define en Chua y Kang. El mecanismo de memristive
comportamiento en estas estructuras se basa enteramente en la electrónica de
espín grado de libertad que permite un control más cómodo que el transporte
iónico en las nanoestructuras. Cuando un parámetro de control externo (como
la tensión) es cambiado, el ajuste de polarización de spin electrónico se retrasa
debido a la difusión y los procesos de relajación causando una histéresis del tipo
de comportamiento. Este resultado se preveía en el estudio de giro a la
extracción de semiconductores / ferromagnet interfaces. Pero no se describe en
términos de comportamiento memristive. En una breve escala de tiempo, estas
estructuras se comportan casi como un ideal memristorr. Este resultado amplía la
gama posible de aplicaciones de semiconductores spintrónica y hace un paso
adelante en el futuro aplicaciones prácticas del concepto de memristive sistemas.
Posibles aplicaciones
Williams "de estado sólido memristors se puede combinar dispositivos de
llamada en el travesaño de cierre, que podrían sustituir a los transistores en los
futuros ordenadores, acceso a un área mucho más pequeña. También pueden
ser en forma no volátil de estado sólido de memoria, lo que permitiría una
mayor densidad de datos que los discos duros con tiempos de acceso
potencialmente similar a la DRAM, en sustitución de ambos componentes. HP
prototipo un travesaño pestillo de memoria utilizando los dispositivos que
pueden encajar 100 gigabits en un centímetro cuadrado. A título comparativo, a
partir de 2008 la más alta densidad de las memorias flash tienen 32 gigabits. HP
ha informado de que su versión de la memristor es de aproximadamente una
décima parte la velocidad de DRAM.
Los dispositivos' resistencia 'se lee con corriente alterna de manera que no
afecten el valor almacenado.
Algunas patentes relacionadas con memristors, al parecer, incluyen aplicaciones
en lógica programable, procesamiento de señales, redes neuronales, y los
sistemas de control.
ANEXOS
Los científicos crean primer Memristor: falta de circuitos electrónicos cuarto
elemento
Los investigadores de HP Labs han construido los primeros prototipos de trabajo de un
nuevo e importante componente electrónico que puede dar lugar a instante en PC-, así
como analógicas ordenadores procesar la información que la forma en que el cerebro
humano hace.
El nuevo componente que se llama un memristor, o resistencia de la memoria. Hasta
hoy, el circuito elemento sólo se habían descrito en una serie de ecuaciones matemáticas
escrita por León Chua, que en 1971 era un estudiante de ingeniería que estudian no
lineal de circuitos. Chua conocía el circuito elemento debe existir - que incluso se indica
con precisión sus propiedades y la forma en que funcionaría. Lamentablemente, ni él ni
el resto de la comunidad de ingeniería podría llegar a una manifestación física que
coincidan con su expresión matemática.
Treinta y siete años más tarde, un grupo de científicos de HP Labs ha construido
finalmente memristors real de trabajo, añadiendo un cuarto elemento básico del circuito
a circuito eléctrico teoría, que se unirán a las tres más conocidas: el condensador, la
resistencia y el inductor .
Los investigadores creen que el descubrimiento abrirá el camino para el instante en PC-,
energéticamente más eficientes los ordenadores y las nuevas computadoras analógicas
que puede procesar y asociar información de una manera similar a la del cerebro
humano.
De acuerdo con R. Stanley Williams, uno de los cuatro investigadores de HP Labs
"Información Cuántica y Sistemas de Laboratorio que hizo el descubrimiento, la
característica más interesante de un dispositivo memristor es que recuerda la cantidad de
carga que fluye a través de él.
De hecho, Chua la idea original era que la resistencia de un memristor dependerá de
cuánto cargo ha pasado por el dispositivo. En otras palabras, usted puede fluir el cargo
en una dirección y la resistencia aumentará. Si usted oprime el cargo en la dirección
opuesta que disminuirá. En pocas palabras, la resistencia de los dispositivos en cualquier
momento es una función de la historia del producto - o cuánto cargo fue a través de él,
ya sea hacia delante o hacia atrás. Esa simple idea, ahora que se ha demostrado,
tendrán efectos profundos sobre la informática y las ciencias de la computación.
"Parte de lo que va a salir de esto es algo que ninguno de nosotros puede imaginar
aún", dice Williams. "Pero lo que podemos imaginar en sí mismo es realmente muy
bien."
Por un lado, dice Williams memristors estos pueden ser utilizados como interruptores,
ya sea digital o para construir una nueva generación de dispositivos analógicos.
En el primer caso, Williams dice que los científicos ahora pueden pensar en inventar un
nuevo tipo de no-volátil memoria de acceso aleatorio (RAM) - o chips de memoria que
no olvide lo que el poder estatal se encontraban en cuando un ordenador está apagado
del dispositivo.
Ese es el gran problema con DRAM hoy, dice. "Cuando se apague el sistema en su PC,
la DRAM se olvida de lo que estaba allí. Así que la próxima vez que encienda el poder a
que ha llegado a sentarse allí y esperar, si bien todas las cosas del presente que usted
necesita para hacer funcionar su ordenador se ha cargado en la DRAM desde el disco
duro. "
Con no volátil RAM, ese proceso sería instantáneo y su PC sería en el mismo estado
que cuando usted lo convirtió off.
Los científicos también contemplan la construcción de otros tipos de circuitos en los que
la memristor sería utilizado como un dispositivo analógico.
De hecho, el propio León señaló la similitud entre sus propias predicciones de las
propiedades de un memristor y lo que entonces se sabe acerca de las sinapsis en el
cerebro. Uno de sus sugerencias fue que usted tal vez podría hacer algún tipo de
computación neuronal utilizando memristors. HP Labs considera que en realidad es una
muy buena idea.
"Construcción de un ordenador analógico en el que usted no usa 1s y 0s y en lugar de
utilizar prácticamente todos los tonos de gris entre a es una de las cosas que ya estemos
trabajando en", dice Williams. Estas computadoras pueden hacer los tipos de cosas que
los computadores digitales no son muy buenos para - como la toma de decisiones, la
determinación de que una cosa es más grande que otro, o incluso el aprendizaje.
Si bien muchos de los investigadores están actualmente tratando de escribir un código
de computadora que simula la función cerebral en un modelo de máquina, tienen que
usar grandes máquinas con un enorme poder de procesamiento para simular sólo
diminutas porciones del cerebro.
Williams y su equipo dicen que ahora pueden tomar un enfoque diferente: "En lugar de
escribir un programa de ordenador para simular un cerebro o para simular algunos
función cerebral, estamos realmente tratando de construir algunas basadas en hardware
que emula memristors cerebro-como las funciones," dice Williams.
Este hardware puede ser utilizado para mejorar cosas como las técnicas de
reconocimiento facial, y permitir que un aparato esencialmente a aprender de la
experiencia, dice. En principio, esto debería ser miles o millones de veces más eficiente
que ejecutar un programa en un ordenador digital.
Los resultados de HP Labs equipos conclusiones se publicarán en un documento en la
actual edición de la Naturaleza. Por lo que respecta a cuando podríamos ver
memristors que se utilizan actualmente en los dispositivos reales comerciales, Williams
dice que las limitaciones están más orientadas a las empresas que tecnológico.
En última instancia, el problema va a estar relacionado con el tiempo y el esfuerzo que
participan en el diseño de un circuito memristor, dice. "El dinero invertido en diseño de
circuitos es en realidad mucho mayor que la construcción de fábricas. De hecho, puede
utilizar cualquier fab a hacer estas cosas ahora mismo, pero alguien también tiene que
diseñar los circuitos y no hay actualmente ningún modelo memristor. La clave va a estar
recibiendo las herramientas necesarias a la comunidad y encontrar un nicho de solicitud
de memristors. "
RESISTENCIA CON MEMORIA
Memristor es la tecnología que ha vuelto a ser noticia gracias al desarrollo que están
llevando a cabo en el HP Labs. De forma general, se trata de resistencias variables que
tienen la capacidad de recordar lo que ha ocurrido antes, su resistencia previa, por lo
que en teoría puede ser usado como método de almacenaje. En teoría de circuitos es
considerado un cuarto elemento, junto con la resistencia, la capacidad y la inductancia.
Aunque la teoría se conoce desde hace tiempo, más de 30 años, no ha sido hasta ahora,
cuando se ha podido pensar y desarrollar algo real aplicando esos conocimientos.
Una vez hechas las presentaciones sobre el Memristor o resistencia con memoria, nos
adelantamos qué es lo que nos puede proporcionar en la electrónica de consumo en
general y los ordenadores en particular.
Lo primero que podríamos obtener si esta tecnología de desarrolla adecuadamente,
serían ordenadores que aun apagados, podrían volver a estar operativos al instante. Esto
será posible gracias a que el estado anterior queda memorizado en la circuitería.
Por otro lado, y relacionado con la mejora anterior, las memorias de estado sólido
podrían mejorar todavía más, ganar capacidad y rendimiento. Por último, podremos
sustituir los transistores actuales y construir equipos mucho más pequeños y con menor
consumo.
Mucho más avanzado sería la aplicación que más nos gusta: que el ordenador pueda
llegar casi a pensar. Esto sería posible por el seguimiento, memorización y capacidad de
seguir la historia de lo que ocurre en el ordenador que se incorpora con esta tecnología.
Así, estas resistencias, no son solo capaces de conocer su anterior valor y recuperarlo,
sino que conocen la historia de su funcionamiento. Esto hace que en el futuro, podamos
ver ordenadores que conocen el uso que hacemos de ellos, y puedan pues optimizar el
sistema y adelantarse a nuestros pensamientos y modo de trabajar e interaccionar con
ellos.