Una pregunta sobre Memristores

Como mencionó, la memristancia gobierna el comportamiento no lineal del circuito eléctrico o magnético en función de la cantidad de carga eléctrica que ha pasado a través de él. En este artículo, Strukov et al. de los laboratorios de HP describieron las propiedades de los memristores y proporcionaron un modelo matemático fundamental.

Como modelo físico, emplearon un circuito metal/óxido/metal donde el metal es Pt y el óxido es una película delgada de TiO2 de decenas de nanómetros. Esta película de óxido consta de dos capas: una capa de TiO2 puro y otra capa de TiO2 pobre en oxígeno. En oxígeno, las vacantes de oxígeno de TiO2 pobres sirven como cargas móviles 2+ que pueden difundirse en la dirección del campo eléctrico externo. El control del grosor de la capa de TiO2 pobre en oxígeno cambiará la resistencia general del circuito y producirá un patrón histérico en el barrido.

Por lo tanto, la memristividad ocurre naturalmente como resultado de la difusión de cationes en semiconductores de óxido de ancho de banda prohibida. La memristividad puede ser intrínseca o extrínseca, es decir, en el ejemplo anterior, el TiO2 es un memristor intrínseco ya que no se introdujeron dopantes externos en el sistema y solo la vacante de oxígeno sirvió como agente conductor. Obviamente, el memristor extrínseco está dopado con iones.

Respondiendo a: "La pregunta, es qué leyes de la física rigen el funcionamiento de estos dispositivos". y a "qué aplicaciones informáticas podrían tener", permítanme citar un párrafo de un trabajo reciente del que soy coautor: "Hacia materiales memristivos multiestado sintonizables basados ​​en péptidos", Cardona Serra et al, Phys Chem Chem Phys 2021, DOI 10.1039/D0CP05236A

El primer material memristivo se propuso en 2008 en los laboratorios de HP y se basaba en un mecanismo de migración de oxígeno en la interfaz entre TiO2/TiO2−x. En este caso específico, la interfaz entre ambas fases inorgánicas actúa como una barrera móvil donde los aniones oxo se mueven en función de la corriente que atraviesa el dispositivo. La posición relativa de la barrera entre TiO2/TiO2−x da como resultado diferentes estados de resistencia. Este mecanismo da lugar al llamado efecto de 'cambio memristivo'. Un tipo más reciente de material memristivo utiliza osciladores espintrónicos a nanoescala, un enfoque totalmente diferente, donde el magnetismo y la electrónica interactúan para construir las unidades neuronales. Esta ruta se basa en el concepto de magnetorresistencia de válvula de espín, donde la resistencia total de la unión del túnel magnético (MTJ) depende de la orientación relativa de un ferroimán variable suave con respecto a un ferromagnético fijo. Por lo tanto, la corriente que pasa a través de la unión genera un par en la magnetización del ferromagnético blando que conduce a una precesión de espín con frecuencias que varían de 100 MHz a decenas de GHz. Estas precesiones de espín se pueden convertir en oscilaciones de voltaje a través de la magnetorresistencia. Debido a su respuesta al ruido térmico, los MTJ se han presentado como memorias magnéticas no volátiles que pueden contribuir con cierta estocasticidad en la transición de la resistencia. Esta propiedad se ha explotado recientemente para la generación de números aleatorios y otras aplicaciones informáticas basadas en ruido. Si bien este mecanismo basado en la espintrónica es físicamente muy diferente de la migración de iones de oxígeno descrita anteriormente, sustancialmente el resultado es el mismo: un proceso mediante el cual la corriente eléctrica a través de un componente da como resultado un cambio controlable de resistencia eléctrica. De hecho, una variedad de procesos físicos pueden dar lugar a comportamientos memristivos análogos, y se ha encontrado que diferentes materiales son más o menos adecuados para diferentes aplicaciones memristivas.

Si bien esto ni siquiera pretende ser exhaustivo, brinda contexto para la respuesta que, en resumen, es: una variedad de mecanismos físicos pueden dar lugar en la práctica a un comportamiento memristivo, siempre basado en materiales o dispositivos que están fuera del equilibrio termodinámico en el relevante. escala de tiempo de funcionamiento. Y una variedad de aplicaciones informáticas pueden beneficiarse de esto, quizás más notablemente entre aquellas computación neuromórfica basada en hardware.