Memristor – 1. díl

Memristor je nová, pasivní součástka, která má potenciál vyvolat revoluci nejen v počítačovém světě. V první části tohoto článku si ukážeme, co to vůbec memristor je. V druhé části se podíváme na možnosti jeho využití v praxi.

V současnosti se běžně setkáváme se třemi základními elektronickými součástkami – cívkou, kondenzátorem a rezistorem. Známe čtyři základní veličiny charakterizující elektrický obvod – proud, napětí, magnetický tok a náboj. Pro rezistro platí lineární závislost mezi proudem a napětím, u kondenzátoru pozorujeme přímou úměru mezi proudem a nábojem a u cívky mezi proudem a magnetickým tokem. V roce 1971 předpověděl profesor Leon O. Chua existenci čvrté součástky, u které by platila přímá úměra mezi magnetickým tokem a nábojem. Tuto součástu nazval memristor.

Součástka Vztah Charakteristická vlastnost Impedance
Rezistor dU = R dI Odpor Reaktance
Cívka dΦ = L dI Indukčnost Induktance
Kondenzátor dQ = C dU Kapacita Kapacitance
Memristor dΦ = M dQ Memodpor Memristance

Objev memristoru

Značka memristoru
Memristor byl objeven v roce 2008 v laboratořích HP během experimentů s nanoskopickým oxidem titaničitým (TiO2). Ten se využívá např. při detekci kyslíku, protože se jeho odpor mění s koncentrací kyslíku. Vědci pozorovali neobvyklou hysterezi ve voltampérových charakteristikách polovodičových nanostruktur složených ze dvou oblastí – dotované s nízkým odporem a nedotované s velmi vysokým odporem (dotování je proces, kdy se do nevodivého materiálu cíleně vnese příměs, která zvýší koncentraci nosičů náboje a tím sníží odpor).

Jak vyrobit memristor?

Memristor - náhradní obvod
Memristor získáme tak, že mezi dva vodivé kontakty vložíme tenkou, polovodivou vrstvu oxidu titaničitého. Jedna část této vrstvy je silně dotovaná příměsí (uměle tím zvýšíme koncentraci kladných děr), takže ji chybí některé atomy kyslíku. Druhá část je nedotovaná. Při působení vnějšího elektrického napětí dochází k migraci děr (nosičů náboje) a tím k rozšiřování nebo zužování dotované oblasti. Čím je šírka dotované oblasti větší, tím je nižší odpor celého memristoru. Jinými slovy, odpor memristoru je úměrný prošlému elektrickému náboji. Jakmile vnější napětí přestane na vrstvu oxidu působit, zastaví se i migrace děr, tzn. že zaznamenaná hodnota (odpor) nezmizí po odpojení napájení. Memristor se tedy chová podobně jako reostat, jen místo jezdce nastavujeme odpor elektrickým nábojem.

Volt-ampérová charakteristika memristoru
Teoreticky je možné hodnotu odporu memristoru přepisovat donekonečna. Problém je s odečítáním zaznamenané hodnoty. Odpor se standardně měří pomocí Ohmova zákona, tzn. přiložíme stejnosměrné napětí a měříme protékající proud, tím ovšem zároveň hodnotu odporu měníme. Řešení je poměrně jednoduché, když stejnosměrné napětí zaměníme za střídavé, tak se sice hodnota odporu bude pravidelně zvyšovat a snižovat, ale v průměru zůstane nezměněná. Použité napětí nesmí být příliš vysoké a jeho frekvence by měla být co nejvyšší, protože se zvyšující se frekvencí dochází ke zmenšování hystereze V-A charakteristiky memristoru.

Závěr

V tomto článku jsem chtěl stručně představit novou, perspektivní součástku – memristor. V dalším článku se podíváme, k čemu může být memristor užitečný.

Literatura a odkazy

O Zdeněk Moravec

Autor v současné době dokončuje postgraduál v oboru anorganická chemie. Mezi jeho koníčky patří tvorba webových aplikací, programování v jazycích Java, .NET (C#), Perl, elektronika a sport (běh). Hojně využívá sázecí systém LaTeX.