Memristor ¿Como funcionan?

El Memristor es llamado informalmente el cuarto elemento faltante básico de la electricidad, los primeros tres son el resistor, la inductancia y la capacitancia. La importancia de los Memristores es que funcionan como synapses, remplazando a los transistores clásicos de la electrónica por Memristores puede llevar a la creación de circuitos analógicos que podrían pensar como humanos.

imagen real memristor
Circuito con 17 Memristores capturada por un microscopio atomic force

El Memristor es llamado informalmente el cuarto elemento faltante básico de la electricidad, los primeros tres son el resistor, la inductancia y la capacitancia. La importancia de los Memristores es que funcionan como synapses,  el remplazar a los transistores clásicos de la electrónica por Memristores puede llevar a la creación de circuitos analógicos que podrían pensar como el cerebro humano.

Memristor – ¿Como funcionan?

En 1996, Stanley Williams de Hewlett Packard, comenzó a realizar estudios sobre arquitecturas para computadoras que no fueran susceptibles a defectos a escala nano. Esta investigación eventualmente llevo al equipo al desarrollo de los Memristores

El concepto general es una matriz de cables (conductores), entre cada par de conductores de toda la matriz, existen llaves (interruptores) que en primera instancia se encuentran abiertos. Si conectamos una fuente de alimentación entre un par de conductores, al principio esta disposición no almacena o posee información alguna

memristor

Pero si empezamos a cerrar algunos de estos interruptores podemos programar la matriz para que contenga una cantidad impresionante de información. Se puede abrir o cerrar cualquier interruptor particular, si queremos manejar otro interruptor solo debemos cambiar la conexión de la fuente

Ellos necesitaban crear un interruptor pudiera ser cambiado de estado una gran cantidad de veces, que tuviera una forma cubica, su longitud de lado fuera de solo 2 a 3 nanometros y que tuviera la posibilidad de cambiar la magnitud de su resistencia en alto grado,  Roff / Ron > 1000.

Williams recurrió es búsqueda de una respuesta al microscopio electrónico de tunelaje, con el pudo apreciar que alejándose de un conductor una distancia aproximada a 0,1 nm la corriente disminuía en un orden de magnitud (por ej, de 10 nA a 1 nA).

Entonces lo único que tenían que hacer era poder cambiar la altura del cubo de  material que forma el interruptor en 3 nm para poder tener un cambio de 100 veces en la magnitud de la resistencia del material.

El problema ahora estaba en encontrar un material que les permitiera realizar ese efecto, los modelos o diseños de ingeniería que se les ocurrían no cumplían con los requerimientos. Hasta que encontraron un paper que sentaba las bases teoricas. (publicación científica) redactado en 1972 por Leon Chua.

Después de años de experimentación con platino y interruptores formados con moléculas, en un golpe de suerte, observaron que no necesitaban interruptores moleculares después de todo.

Solo necesitaban un sustrato de platino puro, al cual le depositaban dióxido de titanio en su parte superior, luego otro deposito de dióxido de titanio seguido de otro sustrato de platino. La diferencia entre los dos óxidos reside en que a uno le falta átomos de oxigeno, estos átomos faltantes actúan como portadores de carga.

Este anuncio fue echo por Williams en el 2008

Esta configuración es tan buena conductora como los metales. Al removerse átomos de Oxigeno del dióxido de titanio, los agujeros (holes) que dejan (ausencias de cargas negativas) se comportan como cargas positivas, similar a los electrones en una unión PN clásica.

En la figura siguiente, el voltaje positivo empuja las cargas positivas hacia abajo dentro del otro TiO2, de esta forma el espesor del TiO2-x se incrementa al mismo tiempo que el espesor del TiO2 disminuye, después de un tiempo la separación entre los dióxidos deja de ser la marcada por la linea azul para convertirse en la marcada por la linea roja.

Al colocar un voltaje negativo podemos invertir el proceso y aumentar el espesor de TiO2.

El modelo de circuito equivalente consiste en 2 resistores en serie, consideremos que existe un puente entre estos resistores que varia el camino total a recorrer en función de la diferencia de potencial aplicada en los extremos de la unión serie

Una diferencia de potencial  positiva (considerando “+” el terminal superior) mueve el puente hacia abajo, y uno negativo hacia arriba. La resistencia del Memristor viene determinada por el espesor resultante de TiO2.

En resumen eso es conceptualmente un Memristor. Un circuito compuesto por memristor y transistores es más eficiente que uno que solo emplea transistores. Teóricamente se puede reemplazar 10 transistores con tan solo 1 memristor, las implicancias de esto son abismales, en modo simplista podríamos decir que aumentaríamos en 10 veces la capacidad de todos los circuitos electrónicos, y con ello las PC, celulares, tablets, etc

HP anuncio hace unos dias que va a empezar a fabricar  en conjunto con HYnix memorias creadas a partir de memrsitores, llamadas ReRAM (Resistive Random Access Memory)

Simbolo Electronico


7 thoughts on “Memristor ¿Como funcionan?”

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  2. En verdad muy interesante el tema, hay muchos técnicos como yo que desconocía esta información, en la Universidad, el tema de clase fue el memristor, que es el cuarto elemento pasivo, esto me llevo a indagar y llegar a este portal, donde de veras, aprendí mucho más sobre la nano tecnología.

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