ממריסטור – הבדלי גרסאות

נוספו 2,561 בתים ,  לפני 5 שנים
הרחבה
אין תקציר עריכה
(הרחבה)
'''מֶמריסטוֹר''' (מ[[אנגלית]]: memristor, [[הלחם]] המילים "memory resistor" - "[[נגד|נַגָּד]] [[זכרון|זיכרון]]") הוא [[רכיב חשמלי]] פסיבי שהתנגדותו תלויה בכמות ה[[זרם חשמלי|זרם]] שעבר בו לפני כן. רכיבלעומת זההרכיבים נחשבנגד, תאורטי[[קבל]] עדו[[סליל שנת 2008. לעומת שלושת האחרוניםהשראה|סליל]], שמימושים קרובים לאידאליים שלהם קיימים ונמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיה מזה עשרות שנים, המימוש המעשי של ממריסטור נדיר ועד [[2008]] הוא נחשב רכיב [[תאוריה|תאורטי]] גרידא. הממריסטור הוא [[מוליך למחצה]],. המבנהממריסטור שלעשוי הממריסטור הוא חומרמחומר כלשהו שעטוףהעטוף בשתי פיסות של [[מתכת]] כלשהי.
 
תכונותיו התאורטיות של ממריסטור כוללות התנגדות התלויה בהיסטוריה של המתח והזרם בין הדקיו. לתכונה זו עשוי להיות שימוש בייצור התקני זיכרון דלי הספק, ולכן מתקיים מחקר תאורטי ויישומי נרחב במטרה לייצר ממריסטורים בטכנולוגית [[VLSI]]. מנגד, קיימת טענה כי ממריסטור אידאלי סותר עקרונות יסוד ב[[תרמודינמיקה]] בתנאי חוסר שיווי משקל.
 
== הסימטריה המתמטית ==
[[חוק אוהם]]: <math>\ V = I R </math>
 
משוואת ה[[קבל]]: <math>\ C = \frac{Q}{V}</math>
 
משוואת ה[[סליל השראה|סליל]]: <math>\ L = \frac{\Phi_B}{I}</math>
 
[[מתח חשמלי|המתח]] כנגזרת השטף ([[חוק לנץ]]): <math>V=-\frac{{d}\Phi_B}{{d}t}</math>
 
[[זרם חשמלי|הזרם]] כנגזרת [[מטען חשמלי|המטען]]: <math>I = \frac{dQ}{dt}</math>
 
ממשוואות אלו ניתן לשרטט את הדיאגרמה הבאה:
'''ממריסטור נשלט שטף''':
 
<math>\ V = M(Q(t))I(t) </math>, כאשר <math>\ M </math> הוא משתנה המצב של הממריסטור לפי הקשר <math>\ M(Q)=\frac{d\Phi_B(Q)}{dQ} </math>
 
'''ממריסטור נשלט מטען''':
 
<math>\ I = W(\Phi_B(t))V(t) </math>, כאשר <math>\ W </math> הוא משתנה המצב של הממריסטור לפי הקשר <math>\ W(\Phi_B)=\frac{dQ(\Phi_B)}{d\Phi_B} </math>
 
== מאפיינים==
ממריסטור אמור להיות רכיב בעל [[התנגדות חשמלית]] משתנה, המתבטאת בלולאת חֶשֶׁל ([[היסטרזיס]]) כפולה ב[[אפיין מתח־זרם|עקומת המתח־זרם]] שלו. ניתן לשנות את התנגדותו על ידי הזרמת [[זרם חשמלי]] גדול בממריסטור נשלט מטען (או הפעלת ממתח גדול בממריסטור נשלט שטף), בעוד שעבור זרמים קטנים מספיק, התנגדותו תהיה קבועה, ונוכל למדוד אותה באמצעים המקובלים. הסיבה לכך היא שהזרמת הזרם (או הפעלת המתח) אמורה לשנות את משתנה המצב של הממריסטור ולכן גם את התנגדותו האפקטיבית, אולם מתחת ל"זרמי סף" ו"מתחי סף" לא יחול שינוי במצבו של הממריסטור. הדבר דומה לתופעה 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. על ידי הזרמת זרם רב ולזמן מספיק בכיוון אחד של ההתקן, נוכל לקבוע את התנגדותו לערך אחד, ועל ידי הזרמת זרם בכיוון השני - לערך אחר. פעולת קריאת המידע, תוכל להתבצע ללא פריקה או טעינה של קבל כמקובל כיום בחלק מן הזיכרונות האלקטרוניים, אלא על ידי הזרמת זרם הנמוך מזרם הסף, ומדידת המתח על ההתקן.
ממריסטור אמור להיות רכיב בעל [[התנגדות חשמלית]] משתנה, המתבטאת בלולאת חֶשֶׁל ([[היסטרזיס]]) כפולה ב[[אפיין מתח־זרם|עקומת המתח־זרם]] שלו. ניתן לשנות את התנגדותו על ידי הזרמת [[זרם חשמלי]] גדול בממריסטור נשלט מטען (או הפעלת ממתח גדול בממריסטור נשלט שטף), בעוד שעבור זרמים קטנים מספיק, התנגדותו תהיה קבועה, ונוכל למדוד אותה באמצעים המקובלים. הסיבה לכך היא שהזרמת הזרם (או הפעלת המתח) אמורה לשנות את משתנה המצב של הממריסטור ולכן גם את התנגדותו האפקטיבית, אולם מתחת ל"זרמי סף" ו"מתחי סף" לא יחול שינוי במצבו של הממריסטור. הדבר דומה לתופעה ידועה ממכניקה בה כוח הפועל כנגד [[כוח חיכוך]] סטטי, אינו גורם לתאוצה או שינוי כלשהו, אם הוא אינו גדול מחיכוך סטטי זה.
 
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 המידע (שהוא ההתנגדות עצמה) אינו אובד ואין הממריסטור זקוק לרענון וטעינה מחודשת. משום כך, עוסקים כיום בתחום זה חוקרים רבים, המקווים לממש ממריסטור בעל תכונות אלו אשר יאפשרו בעתיד צמצום ההספק בהתקנים אלקטרוניים.
בשל תכונות אלו, ניתן לחשוב על ממריסטור כעל רכיב [[מיתוג]] אפשרי. על ידי הזרמת זרם רב ולזמן מספיק בכיוון אחד של ההתקן, נוכל לקבוע את התנגדותו לערך אחד, ועל ידי הזרמת זרם בכיוון השני - לערך אחר. פעולת קריאת המידע, תוכל להתבצע ללא פריקה או טעינה של קבל כמקובל כיום בחלק מן הזיכרונות האלקטרוניים, אלא על ידי הזרמת זרם הנמוך מזרם הסף, ומדידת המתח על ההתקן.
 
===תכונות זרם ומתח===
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 המידע (שהוא ההתנגדות עצמה) אינו אובד ואין הממריסטור זקוק לרענון וטעינה מחודשת. משום כך, עוסקים כיום בתחום זה חוקרים רבים, המקווים לממש ממריסטור בעל תכונות אלו אשר יאפשרו בעתיד צמצום ההספק בהתקנים אלקטרוניים.
[[קובץ:Charge controlled memristor with tresh hold.jpg|ממוזער|אופיין מתח זרם של ממריסטור נשלט מטען ובעל מתח סף בזרם חילופין]]
התרשים מצד שמאל מתאר ממריסטור נשלט-מטען ובעל מתח סף, שעובר דרכו זרם חילופין. כאשר מתקיים זרם חשמלי במערכת, אחד האזורים – המסומם (doped) או הלא מסומם (non-doped) – יגדל, בתלות בכיוון ממנו זורם הזרם. אפיון המתח/זרם של הממריסטור הוא [[היסטרזיס]], כאשר בראשית הצירים מתקבלת רק הנקודה (0,0). בהיסטרזיס לא מתקיימת תגובה של X אחד ל-Y אחד, אלא שני Y ל-X אחד. כאשר [[מתח חשמלי|המתח]] המופעל על הרכיב גדול ממתח סף כלשהו, אזי הממריסטור מגיע להתנגדות מקסימלית/מינימלית (רוויה) ומתפקד באופן זמני כ[[נגד]] רגיל. כאשר המתח חוזר לטווח המתאים, הממריסטור חוזר להתאפיין כהיסטרזיס. לממריסטורים יש זיכרון, הווה אומר, הם זוכרים את הזרם שעבר בהם בעבר. גם כאשר הפסיק לעבור בהם זרם, הם מתנגדים בהתאם לזרם ההיסטורי. ההתנגדויות הקיצוניות של הממריסטור מכונות '''Ron''' כאשר ההתנגדות נמוכה ו-'''Roff''' כאשר ההתנגדות גבוהה.<ref name=":0">{{קישור כללי|כתובת=http://waset.org/publications/1519/memristor-the-missing-circuit-element-and-its-application|הכותב=|כותרת=מאמר מדעי ממריסטור הרכיב החשמלי החסר ושימושיו|אתר=|תאריך=}}</ref><ref name=":1">{{קישור כללי|כתובת=http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=6895258|הכותב=|כותרת=MAGIC|אתר=|תאריך=}}</ref>
 
==היסטוריה==
במונח ממריסטור השתמש לראשונה [[ברנרד וידרו]] בהקשר של [[רשת עצבית|רשתות עצביות]] ב-1960. [[לאון צ'ואה]] פרסם בשנת ב-[[1971]] את המאמר שקיבע את המונח במשמעותו המוכרת כיום.{{הערה|{{קישור כללי|הכותב=Leon O. Chua|כותרת=Memristor - The Missing Circuit Element|כתובת=http://ieeeghn.org/wiki/images/b/bd/Memristor_chua_article.pdf|תאריך=September 1971|מידע נוסף=Retrieved from IEEE Global History Network|שפה=אנגלית}}}}. צ'ואה הציג את קיומו המשוער של רכיב נוסף על נגד, קבל וסליל, מטעמי סימטריה, וניתח את תכונותיו הצפויות ושימושיו האפשריים.
 
בשנת [[ב-2008]] פירסמו חוקרים מחברת [[HP]], בראשותו של סטן ויליאמס, מאמר במגזין [[נייצ'ר]],{{הערה|{{קישור כללי|הכותב=Dmitri B. Strukov, Gregory S. Snider, Duncan R. Stewart & R. Stanley Williams|כותרת=The missing memristor found|כתובת=http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7191/full/nature06932.html|תאריך=1 May 2008|מידע נוסף=Nature 453|שפה=אנגלית}}}}, ובובו טענו כי גילו את הרכיב החסר. המאמר תיאר כיצד התקן תחמוצת [[טיטניום]] שהם ייצרו, מגלה תכונות "ממריסטיביות". נציגים של חברת HP ציינו שעד סוף 2013 ניתן לצפות להשקה של רכיב ממריסטור כהתקן בשיווק מסחרי. אולם הערכות עדכניות יותר של HP משנת מ-[[2013]]{{הערה|{{קישור כללי|הכותב=Chris Mellor|כותרת=HP 100TB Memristor drives by 2018 – if you're lucky, admits tech titan|כתובת=http://www.theregister.co.uk/2013/11/01/hp_memristor_2018|תאריך=1 Nov 2013|מידע נוסף=The Register|שפה=אנגלית|ציטוט=HP has warned El Reg not to get its hopes up too high after the tech titan's CTO Martin Fink suggested StoreServ arrays could be packed with 100TB Memristor drives come 2018}}}} לא צופות שימוש בטכנולוגיה זו לפני 2018. בין שימושיו האפשריים של הממריסטור נמצאים [[תא זכרון בינארי|תאי זכרון]] {{אנ|Memory cell (binary)}}, מעגלים חשמליים בתחום [[תדר רדיו]] (RF components), מעגלים ניורומורפיים המחקים את פעולת ה[[מוח]] האנושי וביצוע תהליכי [[לוגיקה]].<ref>{{קישור כללי|כתובת=http://webee.technion.ac.il/people/skva/Nanoarch%202016%20-%20Rotem%20&%20Shahar%20Final.pdf|הכותב=|כותרת=מאמר מדעי|אתר=|תאריך=}}</ref>
 
בשנת ב-[[2012]] פרסמו הפיזיקאים פאול מויפלס ורוהיט סוני מאמר{{הערה|{{קישור כללי|הכותב=P. Meuffels, R. Soni|כותרת=Fundamental Issues and Problems in the Realization of Memristors|כתובת=http://arxiv.org/abs/1207.7319|תאריך=July 2012|מידע נוסף=arXiv:1207.7319v1 [cond-mat.mes-hall]|שפה=אנגלית}}}} בו טענו כי הטכנולוגיה של HP אינה תואמת להגדרה של ממריסטור, ולמעשה ניתן לתארה כקבל כימי, הסובל מאובדן מידע לאורך זמן. כמו כן טענו כי המאפיינים של ממריסטור אידאלי סותרים עקרונות יסוד ב[[תרמודינמיקה]] ו[[תורת האינפורמציה]] ([[עקרון לנדאואר]]). במאמר אחר{{הערה|{{קישור כללי|הכותב=M. Di Ventra , Y. V. Pershin|כותרת=On the physical properties of memristive, memcapacitive and meminductive systems|כתובת=http://iopscience.iop.org/0957-4484/24/25/255201/|תאריך=May 2013|מידע נוסף=Nanotechnology, issue 25|שפה=אנגלית}}}} נטען כי תכונות הזיכרון של הממריסטורים שמומשו דומות לתופעות זיכרון חלשות בהתקנים קיימים (שאינן רצויות), וכן כי ממריסטור אידאלי (לו ניתן היה לממשו) אמור לסבול מאבדן מידע כתוצאה מרעשים ותנודות.
 
צ'ואה, חלוץ המחקר בתחום, פרסם לאורך השנים מאמרים נוספים בהם הרחיב את ההגדרה הראשונית וטען כי תופעות שונות בתחומי האלקטרוניקה ואף בתחומים רבים אחרים (כביולוגיה, כימיה) עונים להגדרות של ממריסטור.{{הערה|{{קישור כללי|הכותב=Leon Chua|כותרת=Resistance switching memories are memristors|כתובת=http://rd.springer.com/article/10.1007%2Fs00339-011-6264-9|תאריך=March 2011|מידע נוסף=Applied Physics A, vol. 102, issue 4|שפה=אנגלית}}}}.
 
==הדמיה סימולציהשל לממריסטורממריסטור נשלט שטף מבוסס Titanium Dioxidetitanium dioxide==
[[קובץ:Charge_controlled_memristor_with_tresh_hold.jpg|מרכז|ממוזער|500px|אופיין מתח זרם של ממריסטור נשלט מטען ובעל מתח סף בזרם חילופין]]
בסימולציהבהדמיה זאתשמצד שמאל, הוזרםמוזרם [[זרם חליפין]]חילופין בתדירות קבועה דרך ממריסטור ונמדד המתח בין הדקיו. התקבלמתקבל 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 ==
* [http://inst.cs.berkeley.edu/~ee129/sp09/handouts/TheMissingMemristorFound.pdf The missing memristor found]
 
==הערות שוליים==
 
{{חשמל}}
{{קצרמר|פיזיקה}}
 
[[קטגוריה:רכיבים אלקטרוניים]]