Evidência física de memindutância em um passivo, dois

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1817 (2023) Citar este artigo

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O primeiro memristor intencional foi fisicamente realizado em 2008 e o memcapacitor em 2019, mas a realização de um memindutor ainda não foi relatada de forma conclusiva. Neste artigo, a primeira evidência física de memindutância é mostrada em um sistema passivo de dois terminais composto principalmente por um eletroímã interagindo com um par de ímãs permanentes. O papel da resistência em série como um componente parasita que obscurece a identificação do potencial comportamento memindutivo em sistemas físicos é discutido em detalhes. Compreender e remover a resistência parasitária como um "fluxo resistivo" é explorado minuciosamente, fornecendo uma metodologia para extrair a memindutância de tal sistema. A lógica por trás da origem da memindutância é explicada a partir de uma perspectiva generalizada, fornecendo as bases que indicam que esse elemento específico é uma realização de um elemento de circuito fundamental. O elemento realizado aqui é mostrado para suportar as três impressões digitais exigidas e necessárias de um memindutor, e seu lugar na tabela periódica dos elementos do circuito é discutido estendendo a genealogia dos memristores aos memindutores.

Em seu artigo seminal de 19711, Leon Chua observou que enquanto o resistor, o capacitor e o indutor eram respectivamente definidos pelas relações corrente-tensão, carga-tensão e corrente-fluxo, faltava um elemento de circuito definido pela relação carga-fluxo. Isso o levou a conceber o quarto elemento fundamental do circuito, o memristor, caracterizado por uma relação constitutiva entre carga e fluxo. Em 1977, Chua definiu a classe maior de sistemas memristivos2 e atualizou a característica definidora de um memristor para ser uma curva de "histerese pinçada" no plano corrente-tensão. Mais tarde, ele desenvolveu a genealogia dos memristores3, com a ideia original da relação carga-fluxo definida apenas como um requisito para memristores ideais e não para memristores genéricos e estendidos. A ideia de uma relação constitutiva no plano (v(α) − i(β)) sendo a característica distintiva de um elemento de circuito ideal - onde v(α)(t) é definido por (1) e α, β são inteiros - levou ainda à possibilidade teórica de infinitos tais elementos, preenchendo uma tabela duplamente periódica de elementos fundamentais do circuito4,5.

Leon Chua também observa em seu artigo de 1971 que "enquanto um memristor se comporta como um resistor comum em qualquer instante de tempo, t0, sua resistência (condutância) depende da história passada completa da corrente (tensão) do memristor". Sendo esta uma descrição matemática, pode ser generalizada e usada como princípio orientador para a realização física de qualquer elemento fundamental do circuito. De particular interesse entre esses elementos são um capacitor cuja capacitância (elastância) depende da história de sua tensão (carga), chamado memcapacitor, e um indutor cuja indutância (relutância) depende da história de sua corrente (fluxo), chamado de memindutor6. Enquanto o memristor foi fisicamente realizado em 20087 e o memcapacitor em 20198, o memindutor permaneceu indefinido até agora.

É importante reconhecer o debate contemporâneo sobre a utilidade de aplicar o modelo matemático de Chua aos elementos modernos de 2 terminais. De fato, para elementos memristivos conduzidos pelo transporte de vacância de oxigênio, o impacto de modelos precisos de difusão iônica na variável de estado ainda é debatido, sem mencionar os argumentos termodinâmicos de energia armazenada usados ​​contra a classificação da memória resistiva como um memristor. No entanto, completar o mosaico de elementos mem mapeando com precisão os elementos de 2 terminais no modelo é fundamental para fornecer ferramentas para engenheiros de dispositivos e cientistas em importantes áreas de pesquisa, como computação neuromórfica e arquitetura de memória. Portanto, a descoberta e compreensão de um elemento memindutivo é vital para a discussão científica da classificação de dispositivos e para o avanço de importantes áreas de tecnologia emergente.