INTRODUCCION A LOS MEMRISTOR

SISTEMAS MEMRISTIVOS


JOHN JAIRO LEAL GOMEZ

AsesorDr. JESUS ALBERTO DELGADO

NOVIEMBRE de 2010


Contenido

1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


GENERALIDADES

Contenido

1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


GENERALIDADES

Introduccion

Antes de 1971 se conocıan los tres elementos pasivos, la resistencia,el condensador y el inductor los cuales han sido el pilar fundamentalde la electronica actual.En 1971 el Profesor Leon Chua formula la existencia de un cuartoelemento basico que por sus propiedades y comportamiento leasignara el nombre de memristorEste elemento actualmente se encuentra en estudio por parte demuchos investigadores en el mundo, dentro de los cuales seencuentran los laboratorios de HP, pues se considera que susmultiples aplicaciones produciran una revolucion tecnologicasemejante a la que produjo el transistor en su momento.


GENERALIDADES

Desarrollo historico

Tomada: http://h30507.www3.hp.com/t5/Data-Central/HP-and-Hynix-Bringing-the-memristor-to-market-in-next-generation/ba-p/82218


GENERALIDADES

Actualidad

En este momento se anuncia un trabajo conjunto entre HP Labs. yHynix semiconductors Inc. para desarrollar una nueva clase dememoria para computador utilizando los memristores. Esta memoriallamada ReRAM potencialmente superara a las memorias flash enterminos de asequibilidad, capacidad total, velocidad, eficienciaenergetica y resistencia.Es posible que en un futuro cercano esta memoria reemplace aFlash, DRAM e incluso unidades de disco duro entre otrasaplicaciones.


VENTAJAS

Contenido

1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


VENTAJAS

VENTAJAS DE LOS MEMRISTORES

Posiblemente los memristores por su tamano y sufuncionamiento tendran como principal aplicacion aparte de lacreacion de nuevos dispositivos de memoria, el almacenamientode la informacion en ordenadores y telefonos aun en ausenciade energıa.Otra ventaja desde esta optica es que el tiempo entre carga ycarga de las baterias sera mucho mayorLa tecnologıa para el diseno de los memristores esnanotecnologıa, lo cual permitira utilizar estos principios para sudesarrollo y aportes al desarrollo nanotecnologicoSe ha mostrado que con los memristores es posible haceroperaciones logicas, lo que significarıa que se podran haceroperaciones donde se almacena la informacion y comoconsecuencia se obtendra una mayor velocidad


MEMRISTOR

Contenido

1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


MEMRISTOR

MEMRISTORES


MEMRISTOR

Memristor


MEMRISTOR

Definicion de un capacitor variable

Si se utiliza un capacitor variable en el tiempo, en el cual las placasse puedan separar por ejemplo una capacitancia C(t) = 10− 5sin(t)como la senal de la figura que esta dada por


MEMRISTOR

La pregunta es: Se mantiene la relacion

i = C(t)dvdt

Es decir para este caso

i = (10− 5sin(t))dvdt


MEMRISTOR

La pregunta es: Se mantiene la relacion

i = C(t)dvdt

Es decir para este caso

i = (10− 5sin(t))dvdt

La respuesta es NO!!!


MEMRISTOR

La definicion clasica para el capacitor es

i = C(t)dvdt

La cual relaciona dos variables, la corriente i y la derivada de latension dv

dtPero es bien sabido que

q = Cv


MEMRISTOR

De donde la formula para la carga en funcion del tiempo esta dadapor

q(t) = C(t)v(t)

Y al derivar se obtiene

i(t) =dqdt

= Cdvdt

+ vdCdt

Aparece un termino extra

i(t) =dqdt

= (10− 5sin(t))dvdt− 5cos(t)v


MEMRISTOR

CONCLUSION:Si se tiene una capacitancia variable en el tiempo C(t) al utilizar ladefinicion correcta se establece una relacion para q(t) y la tensionv(t), y no para la corriente i(t) y la derivada de la tension v ′(t).Puesto que se produce una formula incorrecta!


MEMRISTOR

Que es un capacitor?

Cualquier dispositivo que establezca una relacion entre la tensionv(t) y la carga q =

∫idt es un capacitor. La pendiente en un punto P

es llamada la capacitancia C del dispositivo en el punto P


MEMRISTOR

Que es un resistor?

Cualquier dispositivo que establezca una relacion entre la tensionv(t) y la corriente i(t) es un resistor. La pendiente en un punto P esllamada la resistencia R del dispositivo en el punto P


MEMRISTOR

Que es un inductor?

Cualquier dispositivo que establezca una relacion entre el flujo ϕ(t) yla tension v(t) es un inductor. La pendiente en un punto P esllamada la inductancia L del dispositivo en el punto P


MEMRISTOR

Variables Circuitales


MEMRISTOR

Diagrama de variables Circuitales


MEMRISTOR

Que es un memristor?

Cual es el elemento que relaciona la carga electrica y el flujomagnetico?

Se encontraba perdido!

El profesor Chua define por simetrıa debe haber un elemento que losrelacione directamente, este elemento es llamado el MEMRISTOR(memory resistor) significa resistencia con memoria.


MEMRISTOR

Que es un memristor?

v =dϕdt

=df (q)

dtdqdt

para obtener v = M(q)i donde M(q) es llamada la memristancia deldispositivo


MEMRISTOR

Funcionamiento


MEMRISTOR

Memristor


MEMRISTOR

Curva Flujo vs Carga

En general es una curva creciente


MEMRISTOR

Internamente


MEMRISTOR

Dispositivos Memristivos

Cuando un elemento es memristivo v = M(q)i ,o, i = G(ϕ)v

v(t) = 0⇐⇒ i(t) = 0


MEMRISTOR

Simulacion en matlab


APLICACIONES

Contenido

1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


APLICACIONES

APLICACIONES

Diseno de nuevos dispositivos de almacenamiento deinformacion

Aportes a la inteligencia artificial, construccion de sinapsisartificiales

Bombilla electrica


CARACTERISTICAS

Contenido

1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


CARACTERISTICAS

Principales caracterısticas

En general se puede decir que son memorias no volatiles

No consumen potencia cuando esta inactivo

El calor disipado es mınimo cuando se escribe o se lee sobre el

Su tamano es nanometrico


QUE SIGUE?

Contenido

1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


QUE SIGUE?

Temas de estudio

Dispositivos de memoria

Redes neuronales y teorıa de control utilizando memristores

Meminductores, memcapacitores

Sistemas memristivos


EJERCICIO

Contenido

1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


EJERCICIO

De acuerdo con [3] la tension en el memristor esta dada porv(t) = M(q(t))i(t), donde M(q(t)) corresponde a la memristancia yesta definida por M(q) = dϕ(q)/dq. La memristancia se puedeexpresar como

M(w) =wD

Ron +(

1− wD

)Roff (1)

Se define ∆R = Roff − Ron ≈ Roff , que representa el cambio deresistencia que el dispositivo tendra. Si se aplica una tension,v(t) = M(q(t))i(t) = M(w(t))i(t). La frontera entre la region dopaday la region no dopada en precencia de una tension, sufrira unavariacion en funcion del tiempo con lo cual la variacion del ancho dela region dopada se puede expresar de la siguiente forma [1]:

dw(t)dt

= vD = ηµDRon

Di(t) (2)


EJERCICIO

Donde η = ±1 representa la polaridad del memristor segun sea queal aplicar la tension la region dopada se extienda o se contraiga, µDes la movilidad ıonica y es de aproximadamente 10−10cm2/V .s.Integrando la ecuacion (2) se obtiene

w(t) = wo + ηDq(t)/Q0 (3)

El valor Q0 = D2/µDRon representa la cantidad de carga que debemoverse a traves del memristor para que la frontera se mueva unadistancia D. Reemplazando este resultado en la ecuacion (1)obtenemos

M(q) = Ro − η∆Rq/Q0 (4)

Donde el valorRo =

woD

Ron +(

1− wD

)Roff (5)

representa la resistencia inicial del memristor.


EJERCICIO

La equacion que se resolvera para determinar la tension en elmemristor es

v(t) = M(q)i(t) =

(Ro − η∆Rq

Q0

)dqdt

(6)

Sujeta a la condicion inicial q(0) = 0, obteniendo [1]

q(t) =Q0Roη∆R

[1−

√1− η 2∆R

Q0Ro2φ(t)

](7)

i(t) =v(t)Ro

1√1− 2η∆Rφ(t)/Q0Ro2

=v(t)M(t)

(8)


REFERENCIAS

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1 GENERALIDADES

2 VENTAJAS

3 MEMRISTOR

4 APLICACIONES

5 CARACTERISTICAS

6 QUE SIGUE?

7 EJERCICIO

8 REFERENCIAS


REFERENCIAS

Referencias

Yogesh N.Joglekar and StephenJ.Wolf. The elusive memristor:signatures in basic electrical circuits. arXiv:0807.3994v1[cond-mat.mes–hall] 25 Jul 2008

D.B.Strukov,G.S.Snider,D.R.Stewart,andR.S.Williams,”Themissingmemristorfound,” Nature(London) 453,80-83(2008).

L.O.Chua,”Memristor-the missing circuit element,”IEEETrans.Circuit Theory 18,507-519 (1971).

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