¿Qué es un Memristor? Principio, Tipos, Ventajas, Aplicaciones

En medio de avances tecnológicos constantes, el término «Memristor» ha ido ganando popularidad. Pero, ¿qué es exactamente un Memristor y cómo está revolucionando la industria? Con sus características únicas y su potencial para cambiar la forma en que interactuamos con la tecnología, conocer sobre este componente se ha vuelto indispensable. En este artículo, exploraremos el principio detrás de los Memristores, sus diferentes tipos, las ventajas que ofrecen y las diversas aplicaciones que los convierten en piezas clave en el mundo tecnológico actual. ¡Prepárate para descubrir la próxima gran innovación!

Memristor es una palabra inglesa, formada por la fusión de dos palabras o formada a partir de las dos palabras memoria y resistor. Es similar a una resistencia pero con memoria.

Definición

Una resistencia de memoria (Memristor) es un componente eléctrico pasivo no lineal de estado sólido de dos terminales. Además de resistencias, condensadores e inductores, el memristor se considera un cuarto elemento fundamental en los circuitos eléctricos.


El condensador, la resistencia y el inductor son los tres elementos pasivos básicos con los que todo ingeniero eléctrico está familiarizado. Se denominan elementos fundamentales porque no pueden construirse con una combinación de ningún otro. Como estos son independientes y pasivos porque no necesitan una fuente de alimentación externa para funcionar.

¿Qué es un Memristor? Principio, Tipos, Ventajas, Aplicaciones

El memristor puede «recordar» el estado electrónico y representarlo mediante señales analógicas. Un circuito de este tipo permite fabricar ordenadores con encendido instantáneo, sin que sea necesario recargar el sistema operativo en cada arranque. El circuito retiene información incluso sin corriente eléctrica cuando la computadora está apagada.


La posibilidad de almacenar señales analógicas hace posible almacenar y procesar una cantidad de datos mucho mayor que la que procesan los circuitos digitales, capaces de representar sólo dos estados (0 y 1). El memristor es una nueva generación de memoria y poder de cómputo.

Símbolo de Memristor

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Principio de Memristor

El memristor regula el valor del flujo eléctrico correspondiente a un dato en función de la historia de tensiones aplicadas a los mismos. Los datos se pueden almacenar y procesar simultáneamente. Hace que memristor sea mucho más eficiente que los sistemas heredados.

Los dispositivos electrónicos dinámicos suelen ser componentes electrónicos pasivos que funcionan exactamente como una resistencia variable para gestionar el almacenamiento de datos.

Similar a una resistencia, ejecuta y mantiene un flujo de corriente seguro a través de un dispositivo, recordando también la última carga que pasó.

Un memristor difiere de una resistencia ordinaria. Puede «recordar» las cargas incluso cuando no hay corriente ni voltaje. Por lo tanto, la información aún se puede almacenar incluso cuando el dispositivo está apagado.

Construcción y funcionamiento de Memristor

El memristor es un dispositivo de dos terminales. La resistencia de este elemento depende de la polaridad, la duración del tiempo y la magnitud del voltaje aplicado.

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Tomamos un dióxido de titanio resistivo como elemento memristor. Este material se coloca entre los dos electrodos de platino. La sección interna del dióxido de titanio se divide en dos partes. Una parte del elemento se dopa con dióxido de titanio y la segunda se deja sin dopar. Cuando aplicamos un voltaje a través de los electrodos, el átomo de oxígeno presente en el dióxido de titanio comienza a difundirse. La dirección de la difusión del átomo de oxígeno depende de la polaridad del voltaje aplicado. La difusión del átomo de oxígeno provoca un cambio en la resistencia de la porción dopada de óxido de titanio.

Historia de Memristor

El Dr. Leon Chua, profesor de la Universidad de California, introdujo la teoría de la resistencia de memoria principalmente en 1971. La describió como un elemento pasivo eléctrico, al que denominó memristor.

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El profesor Chua notó una relación faltante en la teoría de circuitos, lo que llevó a predecir la existencia de un cuarto elemento fundamental pasivo.

Aunque las resistencias de memoria siempre siguen el circuito fundamental y las variables de voltaje, corriente y sus integrales de tiempo, tienen una función dinámica con memoria y pueden describirse como una función de carga neta. No se encuentra lo mismo en los otros tres elementos fundamentales del circuito (resistencia, inductor y capacitor).

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El memristor también es capaz de funciones lógicas. Esto puede cambiar significativamente la estructura compartimentada actual de la informática, ya que permite la creación de dispositivos capaces de procesar y almacenar datos en el mismo espacio. Actualmente, no existe una resistencia de memoria estándar, pero cada dispositivo implementa una función particular. En tal caso, la integral de tensión determina la integral de corriente y viceversa.

Tensión y corriente características (Vi) del memristor

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Una demostración importante del memristor es su curva de histéresis Vi característica para un memristor excitado por una señal periódica como cuadrada, sinusoidal, etc.

Para un Memristor encendido por una señal periódica (cuadrada o sinusoidal), se puede ver en la figura anterior que cuando el voltaje es cero, la corriente también es cero, y viceversa. Entonces, el voltaje y la corriente (v, i) cumplen con un cruce por cero idéntico.

Características de flujo magnético y carga (Φ-q) de Memristores

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Un Memristor es un elemento de circuito pasivo de dos terminales que tiene una relación no lineal entre la carga eléctrica (q) y la conexión de flujo magnético (Φ). Se puede ver en la figura anterior que la carga se vuelve cero lentamente como el eje y del flujo magnético.

Tipos de Memristor

Los memristores se clasifican en varios tipos según su diseño y, a continuación, se proporciona una descripción general de estos tipos. Podemos clasificar el memristor en dos categorías. Ellos son-


  1. Memristores moleculares e iónicos de película delgada
  2. Giro y Magnético
¿Qué es un Memristor? Principio, Tipos, Ventajas, Aplicaciones

Ahora, discutiremos las subcategorías del memristor.

Memristores moleculares e iónicos de película delgada

Memristores moleculares e iónicos de película delgada dependen de las diferentes propiedades de los materiales y del inicio de la histéresis en el material después de incorporarle carga.

Dióxido de titanio

Este tipo de memristor tiene dióxido de titanio como elemento principal. La histéresis en este memristor ocurre debido a la transferencia de oxígeno entre las capas después de su carga.

Iónico

Los iones son de dos tipos aniones y cationes. El ion, cuando está en estado sólido, tiene la capacidad de mover una carga y puede mover la carga de un lugar a otro en cualquier dirección. La histéresis en el material puede desarrollarse mediante dopaje dinámico. Tiene una sola capa pasiva entre el electrodo y el polímero como material activo. El polímero fuerza a los iones. y como resultado, se mueve del electrodo a la película. Funciona según el principio de la ‘Proceso electrolítico’.

manganita

La manganita es similar en construcción y funcionalidad al dióxido de titanio. En Manganita, en lugar de óxido de titanio, se utiliza una película de óxido de manganita.

Diodo de túnel resonante

Utiliza los diodos de múltiples pozos cuánticos y, por lo tanto, puede utilizar el dopaje dinámico y generar histéresis entre las capas de la película.

Efecto magnético y tecnología de giro.

El desarrollo de este tipo de memristor se basa en la tecnología de grado de libertad. La polarización de los electrones que giran puede controlarse mediante el campo magnético creado por el imán en movimiento y, por lo tanto, se genera la histéresis.

espintrónica

La tecnología espintrónica es similar a los memristores de dióxido de titanio. En esto, podemos cambiar la dirección del electrón que gira usando un imán móvil. Como resultado, esta histéresis se genera entre el dispositivo.

Transferencia de par de giro

MRAM (memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio) es un componente memristivo por naturaleza. La histéresis es generada por la tecnología Spin Valve de MRAM. La tecnología de válvula de giro varía la resistencia y, como resultado, la corriente se induce a través de la unión formada por imanes. La MRAM tiene inherentemente características magnéticas e iónicas.

Memristores de tres terminales

En 1960, Bernard widrow diseñó un memristor con tres terminales utilizando tecnología de galvanoplastia. Los ‘estados no sólidos generan la histéresis. La integración temporal de la corriente controla la conducción del sistema.

Ventajas de los dispositivos Memristors

Los memristores tienen muchas ventajas. Ellos son-

  • El Memristor usa energía cuando el dispositivo está activo de manera similar a la «memoria no volátil». Por lo tanto, los memristores requieren menos energía para funcionar.
  • Memristor produce menos calor.
  • Son más rápidos que las tecnologías actuales como las memorias SSD. Los memristores son menos costosos.
  • Pueden almacenar el doble de datos en la misma superficie.
  • Los memristores son insensibles a la radiación como los transistores.
  • Debido a que proporcionan memoria no volátil, los Memristores pueden evitar que las computadoras necesiten reiniciarse. El usuario encontraría sus archivos y sus aplicaciones en el estado en que los había dejado. Esto nos permitiría reiniciar un PC tan rápido como encendemos una bombilla.

Desventajas de los memristores

  • Dado que los memristores todavía están en desarrollo, su futuro depende de determinar la mejor implementación de hardware.
  • La velocidad y el rendimiento de los memristores no están a la par con la velocidad de la DRAM y los transistores.
  • Los memristores no están disponibles comercialmente.

Aplicaciones de Memristores

Las áreas potenciales de aplicación de Memristor son

  • Se puede utilizar como interruptor y es posible conectar las entradas múltiples y las salidas en la matriz. También se le llama ‘interruptor de matriz’.
  • En el procesamiento de señal del dispositivo PLC
  • En la imagen de superresolución
  • Redes neuronales físicas
  • En los sistemas de Control
  • En Circuitos Digitales
  • Sistemas biológicos y neuromórficos.
  • Tecnología informática y de redes
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