ممریستور یا مقاومت حافظه دار چیست؟

تاکنون برای طراحی مدار الکترونیکی از قطعات پسیو مانند خازن، مقاومت و سلف استفاده شده است، اما قطعه اساسی چهارم نیز وجود دارد که به آن «ممریستور» می‌گویند. با ما همراه باشید تا بیشتر با ممریستور آشنا شویم.

ممریستور چیست؟

ممریستور یک قطعه الکتریکی است که جریان الکتریکی را در یک مدار، محدود یا تنظیم می کند و مقدار باری را که قبلاً از آن عبور کرده است را به خاطر می آورد. ممریستورها مهم هستند زیرا غیرفرار هستند، به این معنی که حافظه را بدون برق حفظ می کنند و واحد ممریستور اهم است.

تاریخچه به وجود آمدن ممریستور

ممریستور (که به عنوان پورتمانتو حافظه و مقاومت نامیده می شود) یک دستگاه حافظه الکترونیکی غیر فرار است که برای اولین بار توسط لئون اونگ چوا در سال 1971 به عنوان چهارمین عنصر مدار دو ترمینالی اساسی پس از مقاومت، خازن و سلف نظریه پردازی شد.( IEEE Transactions on Circuit Theory، "Memristor-The missing circuit element").

ویژگی خاص آن این است که مقاومت آن قابل پروگرام کردن است (عملکرد مقاومت) و متعاقباً ذخیره می شود (عملکرد حافظه). برخلاف دیگر حافظه هایی که امروزه در الکترونیک مدرن وجود دارد، ممریستورها پایدار هستند و حتی در صورت قطع برق دستگاه، وضعیت خود را به خاطر می آورند.

با این حال، تنها تقریباً 40 سال بعد بود که اولین دستگاه عملی ساخته شد. این در سال 2008 بود، زمانی که گروهی به رهبری استنلی ویلیامز در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی شرکت HP متوجه شدند که تغییر مقاومت بین حالت رسانا و حالت کمتر رسانا در دستگاه‌های لایه نازک اکسید فلز، رفتار ممریستور لئون چوا را نشان می‌دهد. از آن زمان، این موضوع به سرعت رشد کرده است و حجم عظیمی از کار در این زمینه انجام شده است.

ساختار ممریستور

ممریستور یک قطعه الکتریکی با دو ترمینال است که عبور جریان الکتریکی را در مدار محدود یا کنترل می کند و همچنین مقدار باری را که قبلاً از آن عبور کرده است را به خاطر می آورد. ممریستورها به این دلیل مهم هستند که حافظه را بدون برق و غیرفرار حفظ می کنند.

ممریستورها قطعاتی نیمه هادی هستند که به خازن، مقاومت و سلف می پیوندند تا چهارمین نوع عنصر جدیدی را بسازند که مقاومت آن به عنوان ممریستانس نامیده می شود که تابعی از جریان و شار است.

طبق این تئوری، ممریستورها(Memristors)، ترکیبی از "مقاومت های حافظه(Memory resistors)"، نوعی عنصر مدار پسیو است که رابطه ای بین انتگرال های زمانی جریان و ولتاژ در یک عنصر دو ترمینالی را حفظ می کند. از این رو، مقاومت یک ممریستور با توجه به دسترسی به "تاریخچه" ولتاژ اعمال شده متفاوت است.

هنگامی که جریان در یک جهت عبور می کند، مقاومت افزایش می یابد، در مقابل هنگامی که جریان در جهت مخالف عبور می کند، مقاومت کاهش می یابد. با این حال، مقاومت نمی تواند به زیر صفر برسد. هنگامی که جریان متوقف می شود، مقاومت در مقدار قبلی باقی می ماند.

این یعنی ممریستور، جریانی که آخرین بار از آن عبور کرده است را"به یاد می آورد".

ممریستورها که زیرمجموعه گروهی از رم های مقاومتی در نظر گرفته می شوند، یکی از چندین فناوری ذخیره سازی هستند که پیش بینی شده است جایگزین حافظه های فلش شوند.

مشخصات جریان در مقابل ولتاژ

یک رابطه خطی بین جریان و ولتاژ در مقاومت های معمولی وجود دارد، بنابراین رسم بین آنها منجر به یک خط مستقیم می شود. با این حال، برای ممریستورها، نمودار مشابه کمی پیچیده تر است.

نمودار زیر رفتار جریان در مقابل ولتاژ ممریستورها را نشان می دهد.

همانطور که می دانیم خطی مستقیم از اکثر مقاومت ها انتظار می رود، اما رفتار ممریستور به منحنی های پسماند مربوط به مواد مغناطیسی نزدیک تر به نظر می رسد.

مطابق شکل بالا مشاهده کردیم که دو بخش از یک خط مستقیم در داخل منحنی تشکیل شده است. این دو منحنی خط مستقیم ممکن است به عنوان دو حالت مقاومت جداگانه تفسیر شوند.

در حالی که باقیمانده منحنی نواحی گذار بین این دو حالت است.

انواع ممریستورها

• ممریستور اسپینترونیک.
• مقاومت مغناطیسی انتقال گشتاور چرخشی
• ممریستور دی اکسید تیتانیوم
• ممریستور پلیمری
• سیستم Spin Mem.
• سیستم حافظه مغناطیسی
• ممریستور دی اکسید تونل زنی Rosnonant.

مزایای ممریستورها

• نسبت به دستگاه های دیگر مانند MRAM ارزان تر و سریع تر است.
• ظرفیت بیشتری برای ذخیره اطلاعات بیشتر وجود دارد.
• وقتی سیستم خاموش است، اطلاعات را از دست نمی دهد.
• تراکم اطلاعات مهمی دارد.
• گرمای کمتری تولید می کند، زیرا انرژی کمتری مصرف می کند.
• سرعت انتقال اطلاعات بالاتری دارد.
• مقدار کمی انرژی مصرف می کند.
• این گزینه امکان ترکیب یک دستگاه کوتاه، هارد دیسک و حافظه کاری را دارد.

کاربردهای ممریستورها

• کاربردهای حافظه غیر فرار
• مدارهای دیجیتال
• مدارهای منطقی
• سیستم های بیولوژیکی و نورومورفیک
• فناوری رایانه.
• حافظه دیجیتال و آنالوگ.

اگر این مقاله برای شما کاربردی بود، لایک و شیر را لطفا فراموش نکنید و نظر خود را برای ما کامنت کنید. همچنین جهت خرید انواع قطعات و ماژول های الکترونیکی می توانید به سایت www.digighate.com مراجعه کنید.

منبع: شبکه های ممریستور اثر اندرو آداماتزکی، لئون چوا