隐藏在电路中多年的第四类元件——忆阻器

两篇时隔三十七年的论文

基础电子学教科书列出了三种基本的电路元件:电阻器、电容器和电感器.现在随着第四类元件的发现与证实,传统的观念正在发生转变.

早在1971年,美国加州大学伯克利分校的华裔科学家蔡少棠教授就发表了题为《忆阻器:下落不明的电路元件》的论文,论文指出,除电容、电感和电阻之外,电路中还应该存在第四种基本元件--忆阻器.这篇论文提供了忆阻器的原始理论架构,推测电路有天然的记忆能力,即使电力中断亦然.概括来说,忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻.通过控制电流的变化可改变其阻值,如果把高阻值定义为"1",低阻值定义为"0",则这种电阻就可以实现存储数据的功能.不过这一发现在当时并未引起重视.因此,就像这篇论文的标题一样很快就"下落不明"了.

一隔近40年,忆阻器的存在一直无人去证实.直到去年,来自惠普实验室下属的信息和量子系统实验室的4位研究人员,证实了忆阻现象在纳米尺度的电子系统中确实是天然存在的,他们以《寻获下落不明的忆阻器》为论文标题来呼应蔡教授的预测.在这样的系统中,固态电子和离子运输在一个外加偏置电压下是耦合在一起的.这一发现可帮助解释过去50年来在电子装置中所观察到的明显异常的回滞电流-电压行为的很多例子.

研究人员表示,忆阻器器件的最有趣特征是它可以记忆流经它的电荷数量.蔡教授原先的想法是:忆阻器的电阻取决于多少电荷经过了这个器件.让电荷以一个方向流过,电阻会增加;如果让电荷以反向流动,电阻就会减小.简单地说,这种器件在任一时刻的电阻是时间的函数---或多少电荷向前或向后经过了它.这一简单想法的被证实,将对信息技术科学产生深远的影响.

忆阻器将变革存储方式

科学家指出,只有在纳米尺度上,忆阻的工作状态才可以被察觉到.忆阻器最简单的应用就是构造新型的非易失性随机存储器,或当计算机关闭后不会忘记它们曾经所处的能量状态的存储芯片.电脑会回到你关闭时的相同状态.同样原理,忆阻器可让手机在使用数周或更久时间后无需充电,也可使笔记本电脑在电池电量耗尽后很久仍能保存信息.忆阻器也有望挑战目前数码设备中普遍使用的闪存,因为它具有关闭电源后仍可以保存信息的能力.利用这项新发现制成的芯片,将比目前的闪存更快地保存信息,消耗更少的电力,占用更少的空间.概括一下忆阻器的应用前景:如果忆阻器够快,那么DRAM、Flash进博物馆;如果忆阻器成本够低,那么温彻斯特硬盘就得进博物馆.