آشنایی با فناوری Memristor مورد استفاده در حافظه های رم

یکی از جدید ترین سیستم های مورد استفاده در حافظه های رم حرفه ای،”ممریستور” (Memristor) است.برای آشنایی با این فناوری بسیار مهم،با ما همراه باشید.

حافظه RAM به صورت ذاتی پس از قطعی جریان، به طور کامل پاک می‌شود. با این حال در سال ۱۹۷۱ ایده حفظ حافظه به صورت تئوری مطرح شد و این پدیده در سال ۲۰۰۸ به عمل انجامید. ممریستور یا مموری رزیستور یک عضو الکتریکی دارای ۲ ترمینال است که در آن یک ارتباط کاربردی بین بار الکتریک و شار مغناطیسی برقرار است. وقتی جریان از یک جهت وارد همین وسیله شود مقاومت الکتریکی افزایش می یابد و وقتی جریان از جهت مخالف آن وارد شود مقاومت کاهش می یابد.اما زمانیکه جریان متوقف شد این جزء مدار آخرین مقاومتی را که داشته است حفظ می کند و وقتی دوباره جریان بار شروع می شود، مقاومت مدار به میزان آخرین زمان فعالیت خواهد بود.این وسیله یک عملگر مقاومتی با مقاومت تقریباً خطی است تا زمانی که نمودار جریان بر حسب زمان در یک محدوده خاص باقی بماند. ممریزستور از لحاظ نظری توسط چوا در یک مقاله که در سال ۱۹۷۱ منتشر شد فرمول بندی و نامگذاری شد.در سال ۲۰۰۸ یک گروه در آزمایشگاه HP تولید یک ممریستور متغیر بر پایه لایه های نازک را رسماً اعلام کردند.این یعنی ممریستور برای به کارگیری در حافظه های نانو الکتریک و ساختار های نئومرفیک کامپیوتر استفاده شود.در مقاله ۱۹۷۱ شن چوا یک مفهوم بین مقاومت و القاگر-خازن را دریافت و ایده ساده و اساسی ،مشابه ابزار ی مانند ممریستور را از آن الهام گرفت.

(اولین نمونه‌های Memristor که در آزمایشگاههای شرکت HP ساخته شده)

هرچند رابطه بین ولتاژ و جریان در ممریستور مانند واریستور خطی نیست،اما دانشمندان دیگر هم قبل از او روابط غیر خطی برای شار بار الکتریکی بیان کردند ولی نظریه چوا فراگیرتر بود. مقاومت ممریستور به قسمت صحیح ورودی که به ترمینال آن داده می شود،وابسته است(برخلاف واریستور که به مقدار لحظه ای ورودی بستگی دارد)پس از آن که این جز مدار میزان جریانی که از آن گذاشته است را به باد می آورد.توسط چوا به عنوان ممریستور ناگذاری شد.به عبارت دیگر ممریستور عضوی خنثی از مدار و داراری دو ترمینال است که بتواند رابطه تابعی از جریان بر حسب زمان و ولتاژ بر حسب زمان را حفظ کند.نمودار این تابع ممریستنس نامیده می شود و مشابه مقاومت متغیر است.باتری ها نیز ممریستنس دارند ولی عضو خنثی نیستند.تعریف ممریستور به طور خاص بر پایه متغیر های اصلی مدار یعنی جریان و ولتاژ و رابطه آن ها با زمان است.درست مانند مقاومت ،خازن و القاگر. برخلاف این سه جزء مدار(مقاومت،القاگر و خازن)که می توانند مقادیر ثابت نسبت به زمان داشته باشند رابطه ممریستور غیر خطی بوده و می تواند به صورت تابعی از متغیر مدار یعنی جریان بار خالص بیان شود.چیزی به عنوان ممریستور استاندار وجود ندارد.در عوض هر وسیله ای که نقش تابعی بازی می کند که ولتاژ بر حسب جریان یا بر عکسی را بیان می نماید.گونه ای از ممریستور مقاومت ساده است.مانند سایر اجزای دو سره مدار (خازن و مقاومت و القاگر)ممریستور ایده‌آل وجود ندارد.بلکه در حد کمی خاصیت مقاومتی،خزنی و القاگری دارد.

Memristor، مخفف واژه Memory Resistor به معنای پایدار کننده حافظه است.از لحاظ سخت‌افزاری، یک ابزار میکروسکوپیک است که می‌تواند شرایط الکتریکی ماقبل خود را حفظ کند و با این ترفند می‌توان، حافظه موقتی را حتی پس از قطع جریان برق، حفظ کرد. اگر مقاومت را همچون لوله آب ،و آب را بار الکتریکی در نظر بگیریم. میزان مقاومت با قطر لوله نسبت عکس خواهد داشت. تا کنون مقاومت ها، قطر لوله ثابتی داشته اند اما ممریستور مانند لوله ای است که قطرش با میزان و جهت جریان تغییر می‌کند اگر جریان در جهت موافق باشد قطر لوله بیشتر و اگر در جهت مخالف باشد قطر لوله کمتر می‌شود همچنین اگر جریان قطع شود، قطر لوله تا برقراری مجدد جریان ثابت می ماند. این ویژگی‌های منحصر به فرد سبب شده، ساخت ممریستور نوید تحولی بزرگتر از تحول اختراع ترانزیستور در قرن بیستم بدهد.

ممریستور های تیتانیون دی اکسید/ممریستور اسپینترونیک

ییران چن و زیوبین وانگ ، دو محقق درفناوری تولید هارد دیسک درشرکت سیگیت (seagate) ، در بلومینگتون ، مینه سوتا در ماه مارس 2009 ، سه نمونه احتمالی از ممریستورهای مغناطیسی را تشریح نمودند.در یکی ازسه نمونه مقاومت ایجاد شده با چرخش الکترونها در یک بخش از اشاره گر دستگاه در یک جهت متفاوت نسبت به بخش های دیگر ” دیوارمیدانی” ، مرزی را بین دو وضعیت ایجاد می کند. الکترون های در حال حرکت به سمت دستگاه دارای اسپین خاصی هستند که باعث ایجاد تغییر در حالت مغناطیسی دستگاه می شود. تغییر مغناطیسی ، به نوبه خود باعث حرکت دیوار میدانی و تغییرمقاومت دستگاه می شود. این کار مورد توجه فراوان مطبوعات الکترونیک قرار گرفته است که از جمله آنها می توان به مصاحبه در رابطه با طیفIEEE اشاره کرد.

سیستمهای ممریستیو چرخشی

مکانیزم اساساً متفاوت برای رفتار ممرستیو توسط یوری وی پرشین و ماسیمیلیانو دی ونترا در مقاله ای تحت عنوان “سیستم های ممرستیو چرخشی ” ارائه شده است. نویسندگان نشان می دهد که انواع خاصی از سازه های اسپینترونیک نیمه هادی متعلق به طبقه گسترده ای از سیستم ممرستیو است که توسط چاو و کانگ تعریف شده است. مکانیزم رفتار ممرستیو درچنین ساختاری کاملاً بر اساس درجه چرخش الکترون آزادی است که کنترل راحت تر حمل و نقل یونی در نانوساختارهارا امکان پذیر می کند. هنگامی که پارامتر کنترل خارجی (مانند ولتاژ) تغییر می کند ، تنظیم قطبش اسپینی الکترون به خاطر فرایندهای انتشار و رلاکسیون ایجاد شده از سوی پسماند دچار تعویق می شود. این نتیجه در پژوهش استخراج چرخشی در رابط نیمه هادی / فرومغناطیس ، پیش بینی شده اما در شرایط رفتار ممریستیوتشریح نشده است. در یک مقیاس زمانی کوتاه ، این سازه ها تقریباً به عنوان یک ممریستور ایده‌آل رفتار می کنند. “این نتیجه باعث گسترش طیف وسیعی از برنامه های کاربردی اسپینترونیک های نیمه هادی و همچنین گسترش استفاده از سیستم های ممریستیو می شود.

نکته:استفاده از حافظه های رم غیر فرار شاید برای مصارف خانگی چندان دارای اهمیت نباشد؛اما در سیستم های سرور،ابر کامپیوترها،ایستگاه کاری و سیستم های مانیتورینگ،یک امر حیاتی است.علاوه بر آن،در صورتی که اطلاعات در حافظه رم در اثر قطع جریان از بین نروند،می توان شاهد سرعت بیشتر در ارائه کارایی بود.