Memristor

Ideen og oppfinnelsen

I 1971 var Leon Ong Chua en ung elektronikk- og dataingeniør midt i tredveårene. Han hadde nettopp fått seg jobb hos Universitetet i California, Berkeley. Chua var heller matematisk og teoretisk orientert. Han undret seg over at elektronikk ikke var formelt matematisk fundert. Han ønsket da å lage en matematisk "grunnmur" for elektronikk. Det var da han oppdaget at "noe" manglet. Han studerte de fire fundamentale størrelser i elektronikk:
1. Elektrisk ladning, Q

2. Endring av ladning med tiden, altså elektrisk strøm I, I=dQ/dt

3. Magnetisk fluks Ø ("lages" av strømmer), (oppdaget av den danske fysiker Ørsted ca. 1820)

4. Spenning, U, som "settes opp" av magnetisk fluks som endrer seg med tiden (oppdaget av den engelske fysiker Faraday ca.1830) U=-dØ/dt
Matematikken forteller at fire ting kan forbindes på seks måter. Hvis man tegner fire ringer og ser hvor mange streker fra en ring til en annen vi kan få, ser vi det blir i alt seks streker eller forbindelseslinjer.
Ladning og strøm er forbundet gjennom definisjonen av strømstyrke I=dQ/dt i 2. Dette var strek nr. 1, øverst på tegningen.

Magnetisk fluks Ø og spenning U er relatert ved Faradays induksjonslov U=-dØ/dt i 4. Dette var strek nr. 2, nederst på tegningen.

En motstand er en komponent som når det går strøm gjennom den, "lager" en spenning. U=RI, ohms lov, strek nr. 3, i midten av tegningen.

For en gitt spenning, vil en kondensator lagre en bestemt mengde ladning, C=Q/U. Strek nr. 4, til venstre på tegningen.

Når en strøm går gjennom en spole, får vi en fluks. Ø=LI. Strek nr. 5, til høyre på tegningen.
Vi har altså fem forbindelser, men da må det mangle en sjette og siste forbindelse mente Chua i 1971. De to størrelser som ikke hadde forbindelse, var ladning og fluks. Han mente det burde være en ny type komponent som forbinder ladning og fluks. Han arbeidet da med hva slags komponent dette burde være, og hvilke egenskaper en slik komponent skulle ha. Han kom frem til at den nye komponenten skulle generere spenning fra strøm, omtrent som en motstand, men på en ny og dynamisk måte. Chua regnet seg frem til at motstanden skulle "huske" hvor mye strøm/ladning som hadde gått gjennom, og han fant derfor på betegnelsen "memristor". Men det skulle gå 37 år før selve komponenten skulle bli virkelighet.

Fysikk og formler

Memristoren er en elektronisk komponent der den magnetiske fluks Ø er en funksjon av den samlede elektriske ladning Q som har passert komponenten. Med matematikk blir dette

M(Q)= dØ/dQ der Q = ladning, og M kalles memristansen til memristoren.
For de tre gamle fundamentale komponenter har vi til sammenlikning:

Resistansen til en motstand : R( I ) = dV/dI (eller for lineær motstand : U=RI som de fleste gjenkjennersom ohms lov)

Induktansen til en spole : L( I ) = dØ/dI (eller hvis linearitet : Ø=LI, def. på induktans)

Kapasitans til kondensator : 1/C( Q ) = dV/dQ (eller ved linearitet : Q=CU, def. på kapasitans til kondensator)
I likningene over brukes symbolene

Q = elektrisk ladning

I = strøm

U = spenning

Ø = magnetisk fluks
Ved å bruke Faradays induksjonslov og kjerneregelen for derivasjon på definisjonslikningen til memristans får vi :

U(t)=M(Q(t))*I(t)

Vi ser altså at i ethvert tidspunkt vil memristoren oppføre seg som en vanlig motstand, husk U=RI. Memristansen M har altså benevningen ohm og er resistansen til memristoren i ethvert øyeblikk.

De første virkelige memristorer

Memristor var altså bare en tenkt elektronikk komponent fra 1971 helt frem til 2007. Bare få forskere arbeidet med problemstillinger knyttet til memristorer, og Chua selv var en av disse. Interessen for memristoren ble igjen vakt til live i 2007 da Stanley Williams ved Hewlett-Packard hadde en artikkel der han oppga å ha laget en eksperimentell faststoff versjon av memristoren.
Også Samsung har levert inn en U.S. patent, med en memristor som likner på den som er beskrevet av Stanley. Vi vet altså fremdeles ikke hvilken forskergruppe som har klart å lage de første menristorer.