ממריסטור

ממריסטור (מאנגלית הלחם המילים "memory resistor" - "נגד זיכרון") הוא רכיב חשמלי פסיבי תאורטי אשר קיומו משוער מטעמי סימטריה מתמטיים. ניתן להתייחס אליו כסוג רביעי של רכיב חשמלי פסיבי, בנוסף לנגד, קבל וסליל. לעומת שלושת האחרונים, שמימושים קרובים לאידאליים שלהם קיימים ונמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיה מזה עשרות שנים, נכון ל-2014 לא קיים מימוש מעשי של ממריסטור.

תכונותיו התאורטיות של ממריסטור כוללות התנגדות התלויה בהיסטוריה של המתח והזרם בין הדקיו. לתכונה זו עשוי להיות שימוש ביצור התקני זיכרון דלי הספק, ולכן מתקיים מחקר תאורטי ויישומי נרחב במטרה לייצר ממריסטורים בטכנולוגית VLSI. מנגד, קיימת טענה כי ממריסטור אידאלי סותר עקרונות יסוד בתרמודינמיקה בתנאי חוסר שיווי משקל.

הסימטריה המתמטית

חוק אוהם: $\ V=IR$

משוואת הקבל: $\ C={\frac {Q}{V}}$

משוואת הסליל: $\ L={\frac {\Phi _{B}}{I}}$

המתח כנגזרת השטף (חוק לנץ): $V=-{\frac {{d}\Phi _{B}}{{d}t}}$

הזרם כנגזרת המטען: $I={\frac {dQ}{dt}}$

ממשוואות אלו ניתן לשרטט את הדיאגרמה הבאה:

דיאגרמת הסימטריה, כאשר הממריסטור משלים את החלק החסר

ניתן לראות כיצד הממריסטור מהווה את החוליה החסרה המקשרת בין השטף המגנטי למטען החשמלי. מכיוון שכך, ניתן לגזור את משוואת הקשר שבין השטף המגנטי למטען, ולקבל שני סוגי ממריסטורים:

ממריסטור נשלט שטף:

$\ V=M(Q(t))I(t)$ , כאשר $\ M$ הוא משתנה המצב של הממריסטור לפי הקשר $\ M(Q)={\frac {d\Phi _{B}(Q)}{dQ}}$

ממריסטור נשלט מטען:

$\ I=W(\Phi _{B}(t))V(t)$ , כאשר $\ W$ הוא משתנה המצב של הממריסטור לפי הקשר $\ W(\Phi _{B})={\frac {dQ(\Phi _{B})}{d\Phi _{B}}}$

מאפיינים

ממריסטור אמור להיות רכיב בעל התנגדות חשמלית משתנה, המתבטאת בלולאת חֶשֶׁל (היסטרזיס) כפולה בעקומת המתח־זרם שלו. ניתן לשנות את התנגדותו על ידי הזרמת זרם חשמלי גדול בממריסטור נשלט מטען (או הפעלת ממתח גדול בממריסטור נשלט שטף), בעוד שעבור זרמים קטנים מספיק, התנגדותו תהיה קבועה, ונוכל למדוד אותה באמצעים המקובלים. הסיבה לכך היא שהזרמת הזרם (או הפעלת המתח) אמורה לשנות את משתנה המצב של הממריסטור ולכן גם את התנגדותו האפקטיבית, אולם מתחת ל"זרמי סף" ו"מתחי סף" לא יחול שינוי במצבו של הממריסטור. הדבר דומה לתופעה ידועה ממכניקה בה כוח הפועל כנגד כוח חיכוך סטטי, אינו גורם לתאוצה או שינוי כלשהו, אם הוא אינו גדול מחיכוך סטטי זה.

בשל תכונות אלו, ניתן לחשוב על ממריסטור כעל רכיב מיתוג אפשרי. על ידי הזרמת זרם רב ולזמן מספיק בכיוון אחד של ההתקן, נוכל לקבוע את התנגדותו לערך אחד, ועל ידי הזרמת זרם בכיוון השני - לערך אחר. פעולת קריאת המידע, תוכל להתבצע ללא פריקה או טעינה של קבל כמקובל כיום בחלק מן הזיכרונות האלקטרוניים, אלא על ידי הזרמת זרם הנמוך מזרם הסף, ומדידת המתח על ההתקן.

בנוסף לכך, אין ההתנגדות של הממריסטור צפויה להשתנות עם הזמן אם לא יוזרם דרכו זרם, ולהבדיל מקבל שבו כמות המטען שבו, המהווה את המידע הבינארי האצור עליו, זולגת עם הזמן -דבר המצריך רענון וטעינה מחודשת של הקבל מידי זמן, בממריסטור המידע (שהוא ההתנגדות עצמה) אינו אובד ואין הממריסטור זקוק לרענון וטעינה מחודשת. משום כך, עוסקים כיום בתחום זה חוקרים רבים, המקווים לממש ממריסטור בעל תכונות אלו אשר יאפשרו בעתיד צמצום ההספק בהתקנים אלקטרוניים.

היסטוריה

במונח ממריסטור השתמש לראשונה ברנרד וידרו בהקשר של רשתות עצביות ב-1960. לאון צ'ואה פרסם בשנת 1971 את המאמר שקיבע את המונח במשמעותו המוכרת כיום. צ'ואה הציג את קיומו המשוער של רכיב נוסף על נגד, קבל וסליל, מטעמי סימטריה, וניתח את תכונותיו הצפויות ושימושיו האפשריים.

בשנת 2008 פירסמו חוקרים מחברת HP בראשותו של סטן ויליאמס מאמר במגזין נייצ'ר, ובו טענו כי גילו את הרכיב החסר. המאמר תיאר כיצד התקן תחמוצת טיטניום שהם ייצרו, מגלה תכונות "ממריסטיביות". נציגים של חברת HP ציינו שעד סוף 2013 ניתן לצפות להשקה של רכיב ממריסטור כהתקן בשיווק מסחרי. אולם הערכות עדכניות יותר של HP משנת 2013 לא צופות שימוש בטכנולוגיה זו לפני 2018.

בשנת 2012 פרסמו הפיזיקאים פאול מויפלס ורוהיט סוני מאמר בו טענו כי הטכנולוגיה של HP אינה תואמת להגדרה של ממריסטור, ולמעשה ניתן לתארה כקבל כימי, הסובל מאובדן מידע לאורך זמן. כמו כן טענו כי המאפיינים של ממריסטור אידאלי סותרים עקרונות יסוד בתרמודינמיקה ותורת האינפורמציה (עקרון לנדאואר). במאמר אחר נטען כי תכונות הזיכרון של הממריסטורים שמומשו דומות לתופעות זיכרון חלשות בהתקנים קיימים (שאינן רצויות), וכן כי ממריסטור אידאלי (לו ניתן היה לממשו) אמור לסבול מאבדן מידע כתוצאה מרעשים ותנודות.

צ'ואה, חלוץ המחקר בתחום, פרסם לאורך השנים מאמרים נוספים בהם הרחיב את ההגדרה הראשונית וטען כי תופעות שונות בתחומי האלקטרוניקה ואף בתחומים רבים אחרים (כביולוגיה, כימיה) עונים להגדרות של ממריסטור.

סימולציה לממריסטור נשלט שטף מבוסס Titanium Dioxide

אופיין מתח זרם של ממריסטור נשלט מטען ובעל מתח סף בזרם חילופין

בסימולציה זאת, הוזרם זרם חליפין בתדירות קבועה דרך ממריסטור ונמדד המתח בין הדקיו. התקבל גרף של המתח כנגד הזרם אשר עבר בהתקן בכל רגע.ניתן לראות כאן כיצד באה לידי ביטוי התנגדותו המשתנה של הממריסטור: בעוד שעבור נגד רגיל היו מתקבלים שיפועי מתח/זרם קבועים בערכם, בגרף ניתן לראות שיפועים משתנים.

קישורים חיצוניים

• The missing memristor found

הערות שוליים

ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.