ממריסטור

ממריסטור הוא רכיב חשמלי פסיבי אשר קיומו התיאורטי נובא מטעמי סימטריה מתמטיים ע"י פרופסור לאון צ'ואה במאמר שפירסם בשנת 1971. מקובל כיום לפיכך להתייחס אליו כרכיב החשמלי הפסיבי הרביעי: בנוסף לנגד, קבל וסליל.

היסטוריה

תחום זה נותר ללא מחקר ועניין כלשהו, עד שנת 2008, שבה פורסם מאמר של חברת HP במגזין הנחשב NATURE ובו תיארו החוקרים, בראשותו של סטן ויליאמס, כיצד התקן TiOx שברשותם, מגלה תכונות "ממריזטיביות". מאז ועד היום נתגלו סוגים שונים של ממריסטורים בחברות שונות כדוגמת STT MRAM ועוד.

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 2 סוגי ממריסטורים:

ממריסטור נשלט שטף:

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

מאפיינים בסיסיים

ממריסטור הינו רכיב בעל התנגדות משתנה, המתבטאת באופיין היסטרהזיס של עקומת המתח-זרם שלו. ניתן לשנות את התנגדותו על ידי הזרמת זרם גדול בממריסטור נשלט מטען (או הפעלת ממתח גדול בממריסטור נשלט שטף), אולם ע"י הזרמת זרמים קטנים מספיק, התנגדותו תהיה קבועה, ונוכל למדוד אותה באמצעים המקובלים. הסיבה לכך היא שהזרמת הזרם (או הפעלת המתח) משנה את משתנה המצב של הממריסטור ולכן גם את התנגדותו האפקטיבית, אולם ישנם "זרמי סף" ו "מתחי סף" (באנגלית: Threshold voltage) שהינם מספיק קטנים בכדי לא לחולל שום שינוי במצבו של הממריסטור. הדבר דומה לבעיה 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. ע"י הזרמת זרם רב ולזמן מספיק בכיוון אחד של ההתקן, נוכל לקבוע את התנגדותו לערך ידוע, ולערך אחר ע"י הזרמת זרם הכיוון השני. פעולת קריאת המידע, תוכל להתבצע ללא פריקה או טעינה של קבל כמקובל כיום בחלק מן הזיכרונות האלקטרוניים, אלא ע"י 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 אין המידע (שהוא ההתנגדות עצמה), נאבד ואין הממריסטור זקוק לרענון וטעינה מחודשת. משום כך, עוסקים כיום בתחום זה מספר הולך וגדל של חוקרים, המקווים כי יתגלו בממריסטור תכונות אלו אשר יאפשרו בעתיד צמצום ההספק בהתקנים אלקטרוניים.

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

• לאון צ'ואה, Memristor-The Missing Circuit Element
• missing memristor found
• הממריסטור ישנה את המחשבים, האלקטרוניקה ויכבוש את העולם טכנולוגיה בשפה פשוטה E-News.co.il
• רשימת רפרנסים ולינקים למאמרים ולאתרים העוסקים בממריסטור

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