忆阻器的应用

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电子学最新电路元件的前景评析。

现在市面上仍然不能买到忆阻器。但是，考虑到忆阻器历经多年，直至今年才被认可――以前理论中的第四种基本电路，被HP实验室研究员最终证明了其在现实中存在之后，此技术可谓是一夜成名。

图1为一个由17个忆阻器列成一排而组成的简单电路，其中每个忆阻器有一个底部导线，其与器件的一端相连；还有一个顶部导线，其与器件的另一端相连。

早在37年前，Leon Chua――一名伯克利加利福尼亚大学电子工程和计算机科学学院的教员，最先对该元件建立理论并命名。他认为忆阻器――就像电阻、电容、电感――具有其他三种元件的任意组合都不能复制的特性。

但是，借助于纳米技术中现代的突破性成果，研究团队――Dmitri B.Strukov、Gregory S.Snider和Duncan R.Stewart博士――在惠普公司的高级院士R.Stanley Williams带领下，确实证明了它的存在。“弱忆阻存在于大规模系统中”，Stewart说，“然而，一般来说，它仅仅在一个纳米级系统中才变得重要，并因此而有用。”

这有两方面的原因。随着器件的减小，电场的驱动力变得越来越大，而需要用于产生电阻变化的原子运动变得更小：两种趋势相互加强直到它们最终支配纳米行为。

在2008年7月，研究者实际制备了50nm×50nm忆阻器开关，它由在两纳米线之间的一层二氧化钛组成。通过精巧地操纵该层中氧原子的分布，科学家J.Joshua Yang博士可以控制该器件的运行。

这样的发展被看作是将忆阻器技术大众化的重要一步。但是，仍然有问题存在：将如何应用它呢?

“忆阻器具有巨大的潜力，能够使一些关键的电子技术在将来成为可能”Yang说，“它是一个新的电路元件，并且已展示出了许多令人期待的、新颖的特性，这些特性是之前设计工程师们都未曾见过的。”

忆阻器部件

研究人员称，将来有一天忆阻器部件将会作为一种无源器件出现在货架上。“说它是无源部件，是因为它消耗能量而不产生能量，没有功率增益功能。”Yang说，“不像其他无源器件，忆阻器有着独特的附加记忆特性――它们能够以一种非易失性方式记忆外加电流和电压的历史数据。”

作为一项功能，忆阻器如今可以被模拟，但是需要大量有源晶体管的组合，这将降低密度并增加成本。除了忆阻器部件可以作为一种商业部件以外，忆阻功能也有可能被设计应用于集成电路中。

D-RAM的替代品

研究人员相信忆阻器记忆信息的能力能够导致一种新型计算机存储器的产生，其将补充――并且最终替代――传统的D―RAM。基于忆阻器部件的计算机，将无需费时耗能的启动过程，也不像使用传统D―RAM的计算机那样，一旦切断电源就无法保存信息。

这一功能将在“云计算”应用中发挥重要作用，“云计算”应用现已在IT基础设施中越来越盛行。云计算使用成千上万台服务器和存储器系统，这些系统需要大量的电能以存储、重新获取以及保护数以百万计的全球互联网用户的信息。

类脑系统

忆阻器技术的更多潜能存在于计算机系统的创建中，这些计算机系统可以拥有像人类一样的记忆与联想模式。这就可以用来大大改进睑部识别技术，或提供更复杂的生物识别系统，该系统能够更有效的限制对个人信息的访问。

这些相同模式匹配功能能够使有学习能力的电气用具和有决策能力的计算机成为可能。实际上，计算机将不仅能够用软件来学习，也可以用硬件来学习。