נמצא האלמנט הרביעי – Memristor

חברת HP הודיעה כי גילתה דרך לייצר רכיב אלקטרוני חדש בשם memristor. הרכיב הוא למעשה נגד בעל יכולת לזכור מצבים, ובכך יכול להיות אבן בנין לזיכרונות מחשב עתידיים.
 
כל מי שלמד אלקטרוניקה יודע כי המעגלים החשמליים מבוססים על שלושה רכיבים בסיסיים, שהם הנגד, הקבל והסליל. כעת נוסף לרשימה הרכיב הרביעי, ה-memristor. כמו במקרים רבים, ההנחה התיאורטית לקיומו של רכיב זה נוסחה כבר בשנת 1971 על ידי ליאון צ'ואה (Leon Chua) מאוניברסיטת ברקלי שבקליפורניה. אולם רק לאחרונה נוצר רכיב כזה במעבדות HP על ידי דימיטרי סטרוקוב (Dmitri Strukov).

 

הקשר החסר
הוגה הרעיון, ליאון צ'ואה, חשד שקיים רכיב רביעי על בסיס הסימטריות. ישנם ארבעה משתנים בסיסיים במעגלים חשמליים, זרם חשמלי, מתח, מטען, ושטף מגנטי. עבור ערכים אלו ישנם את הנגד הקושר זרם למתח, קבל הקושר מתח למטען, וסליל הקושר זרם לשטף מגנטי. חסר הקשר בין מטען לשטף מגנטי וכאן משתלב ה-memristor.

 

ה-memristor קושר אמנם בין שטף מגנטי ומטען, אולם כאשר מתעמקים בבסיס המתמטי מגיעים להתנגדות המשתנה כתלות במטען העובר דרכה. "העובדה שהשדה המגנטי אינו פעיל באופן ישיר בדרך הפעולה של ה-memristor היא סיבה אפשרית לכך שהתופעה הוסתרה מעיננו זמן כה רב; אלו שחיפשו אחר התקני memristor חיפשו במקום הלא נכון" כך על פי מחבר המאמר שדן ב-memristor והתפרסם בשבועון המדעי Nature.

 

כיצד זה פועל?
קבוצת החוקרים במעבדות HP גילו את ה-memristor על ידי התבוננות בתופעה ידועה. הם ידעו שדו-תחמוצת טיטניום (Titanium dioxide) משנה את התנגדותה עם החשיפה לחמצן, עובדה המשמשת ליצירת חיישנים לחמצן. ה-memristor שיוצר במעבדות HP מבוסס על שכבת דו-תחמוצת טיטניום העוברת תהליך שגורם להפרדות חלק מאטומי החמצן וליצירת מעין חורים. ככל שמספר החורים גדל כך קטנה התנגדות החומר.

 

החורים הללו יכולים לנוע מצד לצד על ידי העברת מטען חשמלי דרך שכבת החומר, דבר המקטין את ההתנגדות הממוצעת של המשטח. העברת מטען בכוון ההפוך והחורים נדחפים לצד השני. התהליך הזה יכול לחזור על עצמו פעמים רבות ולשנות את מצב ה-memristor לאחד משני מצבים. מתעוררת השאלה כיצד לקרוא את מצב ה-memristor היות ואספקת מתח לצורך קריאת ההתנגדות תשנה את מצבו. החוקרים מתגברים על מכשול זה בעזרת אספקת זרם חילופין לרכיב שלא משנה את התנגדותו.

 

שימושים אפשריים
קבוצת החוקרים הצליחה לייצר התקן אחסנה פשוט בעזרת התגליות החדשות. הם בנו התקן המאחסן על שבב בודד, בגודל של סנטימטר מרובע, 100 ג'יגה-ביט של מידע. זהו בהחלט נפח מרשים וגדול משמעותית משבב פלאש המכיל 16 ג'יגה-ביט של מידע לשבב. HP מניחה כי בעתיד יגיעו לדחיסות של פי עשרה ויותר לאותה יחידת שטח, עם מהירויות דומות לאלו של DRAM. טכנולוגיה זאת גם תתחרה בטכנולוגיות נוספות שיהיו זמינות כגון ה-racetrack של IBM.

 

זיכרון הוא רק אחד מהשימושים הצפויים ל-memristor. מחברי המאמר מציעים להשתמש ב-memristor למעבד אנלוגי. שינויים במטען יובילו לשינויים דומים בהתנגדות, עובדה שתסייע בפיתוח טרנזיסטורים שיתנהגו בדומה לנוירונים, כאשר שימוש מוגבר יוביל להולכה טובה יותר וכך יתפתחו נתיבי הולכה מסוימים יותר מאחרים.

 

תכונה נוספת של ה-memristor היא תגובתם להקטנת הגודל הפיזי שלהם. ככל שהרכיב קטן יותר כך הוא הופך לחשוב יותר. כפי שאנו יודעים רכיבים אלקטרוניים סובלים מבעיות כגון זליגה והתחממות עם הקטנתם, אולם memristors מגדילים את התגובה שלהם (memrsistance) ככל שהרכיב קטן יותר כך שהאפקט למעשה חזק יותר. יתכן שהשימוש ב-memristors יסייע בהמשך המגמה של הקטנת המעבדים לזמן ארוך יותר.