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Memristor e memristência

O assunto deste post é o memristor, o quarto componente eletrônico passivo fundamental, além do resistor, capacitor e indutor.

Teoria do memristor

As quatro grandezas físicas importantes para a eletrônica são: Tensão (v), corrente (i), carga (q) e fluxo (\phi). Os valores dos componentes passivos fundamentais, resistência, capacitância e indutância, dependem da relação entre duas destas grandezas. 

Componentes passivos não aumentam a intensidade de uma tensão ou corrente. Em 1971, Leon Chua percebeu que faltava um elemento passivo, cujo valor depende da carga elétrica e do fluxo magnético, para completar a simetria entre os componentes passivos fundamentais. Este componente faltante foi chamado de memristor, cujo nome vem da junção das palavras memória e resistor.

O primeiro memristor

Um novo componente foi criado em 2005 pela HP Labs, era chamado de Crossbar Latch. Em 2008, foi anunciado que o Crossbar Latch era na verdade um memristor. Este só pode ser construído com nanotecnologia, cujo comportamento não pode ser reproduzido por nenhuma combinação de componentes comerciais.

o primeiro memristor
17 memristores criados pela HP, vistos por um microscópio de força atômica. Fonte: Device-Boom.

Como funciona?

A estrutura construída pela HP Labs consiste em um sanduíche de 2 camadas de dióxido de titânio, uma pura (TiO_{2}) e outra dopada com deficiência de oxigênio (TiO_{2-x}) e, 2 eletrodos de platina (Pt). Os eletrodos e as camadas de TiO_{2} têm apenas alguns nanômetros de espessura e comprimento.

Estrutura do memristor
Fonte: (Johnsen, 2012).

O TiO_{2} possui alta resistência elétrica, enquanto o TiO_{2-x} é um bom condutor. Quando há uma voltagem positiva no lado dopado, o volume de TiO_{2-x} aumenta (b). Porque as lacunas, que agem como cargas positivas, são repelidas pelo polo positivo. Logo, a resistência elétrica é reduzida. Ao aplicar uma voltagem negativa, em relação à camada dopada, estas lacunas são atraídas e o volume de TiO_{2-x} é reduzido, aumentando a resistência elétrica (c).

funcionamento do memristor
O memristor pode ser modelado como dois potenciômetros ligados conforme no lado direito. Fonte: ECE Emperors.
Crescimento do filamento condutor no memristor
A variação do volume de TiO_{2-x} se dá com o aumento ou redução de um filamento condutor, construído por reações eletroquímicas. Fonte: (Dongale et al., 2016).

O interessante é que o memristor armazena o valor da resistência após a passagem de corrente. O valor da memristência é em ohms (Ω). É possível construir memristores a base de outros materiais, como por exemplo, niobato de lítio (LiNbO_{3}).

memristor de outro material
Formação do filamento condutor em um memristor de niobato de lítio. Fonte: (Yakopcic et al., 2017).
Curvas dos 4 componentes passivos
As curvas características dos 4 componentes passivos, em gráficos de corrente (Current) x tensão (Voltage). Fonte: The Register.

Para que serve o memristor?

  • A propriedade de armazenar o valor da corrente em forma de resistência, permite criar memórias mais rápidas que armazenam informação mesmo sem energia. Imagine desligar seu computador sem salvar e, ao ligar novamente, os programas estão abertos.
RRAM
Uma matriz de memristores pode armazenar mais informações em menor área. Fonte: Stack Exchange.
  • Computadores neuromórficos, que imitam o cérebro, podem ser criados com memristores.
intel-spin-valve-memristor-crossbar-switch1
Matriz de memristores como sinapses de um neurônio. Fonte: Extreme Tech.
  • Portas lógicas digitais podem ser feitas com memristores.

Existem vários tipos de memristores. Para falar de todos eles, precisaria escrever um ou mais posts.

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