Memrisztor

A memrisztor szó két szó összetételéből áll: memory (memória) és resistor (elektromos ellenállás). A memrisztor egy olyan passzív elektromos elem, amelynek az elektromos ellenállása nem állandó, hanem a múltbeli állapotától függ. Az első memrisztort 2007-ben állították elő. Az ellenállás, a kondenzátor és az induktivitás mellett a negyedik passzív áramköri elem.

Leon Chua írta le először a memrisztor létezését 1971-ben. Bár ekkor még csak elméleti szinten létezett, de sikeresen leírta a tulajdonságait.

Felépítése

Memrisztor felépítése

A Hewlett-Packard mérnökei platina elektródák között titán-oxid réteget hoztak létre. A képen látható narancs színű területet oxigén atomokkal szennyezték, így a p töltéshordozók kerültek többségbe. A fehér színű terület mint szigetelő működik. Abban az esetben ha még nem került feszültség alá az eszköz, akkor a szigetelő szélesebb mint a vezetőréteg, így a memrisztor nagy ellenállású állapotba kerül.

Ha elektromos mezőt kapcsolunk rá, úgy a p szennyezett réteg szélessége megnő, így a vezetőréteg szélesebb lesz mint a szigetelő réteg, és a memrisztor vezetővé válik. E folyamatban fontos szerepe van az alagúteffektusnak nevezett jelenségnek.

Memrisztor hiszterézisgörbéje

A kísérletek a következő jelenséget mutatták: a memrisztor ellenállása nem állandó, más az ellenállása a függvény felfutó és lefutó szakaszában. A görbe a mellékelt ábrán látható. Ez az úgynevezett memrisztor-hiszterézisgörbe (angolul: pinched hysteresis loop). A függvény függ a szennyezettség mértékétől, és a frekvenciától. A görbe nullátmenete jól láthatóan a koordináta-rendszer nullpontjában van, tehát egy passzív elem.

Tulajdonsága

A memrisztor egy arányt definiál a fluxusváltozással és a töltéssel. Mértékegysége az ohm Ω.

$M(q)=\frac{\mathrm{d}\mathrm{\Phi }}{\mathrm{d}q}$

A memrisztor meghatározása beleillik a korábban definiált elemek körébe.

	elektromos töltés	elektromos áram
elektromos Feszültség	(reciprokosan) Kapacitás $\frac{1}{C}=\frac{\mathrm{d}U}{\mathrm{d}q}=\frac{\mathrm{d}\dot{\mathrm{\Phi }}}{\mathrm{d}q}$	Ellenállás $R=\frac{\mathrm{d}U}{\mathrm{d}I}=\frac{\mathrm{d}\dot{\mathrm{\Phi }}}{\mathrm{d}\dot{q}}$
Mágneses fluxus	Memrisztivitás $M=\frac{\mathrm{d}\mathrm{\Phi }}{\mathrm{d}q}$	Induktivitás $L=\frac{\mathrm{d}\mathrm{\Phi }}{\mathrm{d}I}=\frac{\mathrm{d}\mathrm{\Phi }}{\mathrm{d}\dot{q}}$

A memrisztorra a következő összefüggések érvényesek:

$I(t)=\frac{\mathrm{d}q}{\mathrm{d}t}$

$U(t)=\frac{\mathrm{d}\mathrm{\Phi }}{\mathrm{d}t}$

A memrisztoron eső feszültség közvetlenül kiszámolható a memrisztoron átfolyó áram és memrisztivitás szorzataként.

$U(t)=M(q(t))\cdot I(t)$

A memrisztoron átfolyó áramerősség a következőképpen határozható meg.

$I(t)=W(\mathrm{\Phi }(t))\cdot U(t)$

Ahol a W

A memrisztor által tárolt töltés meghatározható ha integráljuk a múltbéli áramerősséget.

$q(t)=\underset{-\mathrm{\infty }}{\overset{t}{\int }}I(t)\mathrm{d}t=q(t_0)+\underset{t_0}{\overset{t}{\int }}I(t)\mathrm{d}t$,

Az egyes időpillanatokban a memrisztor úgy viselkedik, mint egy ellenállás. Az ellenállás M(q) függ a megelőző áramerősségtől. Egy lineáris memrisztornál, ahol M konstans, érvényes lenne a M=R egyenlőség.

Felhasználása

Memrisztor jelképi jelölése Leon Chua javaslata alapján, nem szabványosított

Irodalomjegyzék

• Java szimuláció a memrisztor működéséről