隐藏在电路中多年的第四类元件：忆阻器

隐藏在电路中多年的第四类元件：忆阻器

两篇时隔三十七年的论文

    基础电子学教科书列出了三种基本的电路元件：电阻器、电容器和电感器。现在随着第四类元件的发现与证实，传统的观念正在发生转变。

    早在1971年，美国加州大学伯克利分校的华裔科学家蔡少棠教授就发表了题为《忆阻器：下落不明的电路元件》的论文，论文指出，除电容、电感和电阻之外，电路中还应该存在第四种基本元件——忆阻器。这篇论文提供了忆阻器的原始理论架构，推测电路有天然的记忆能力，即使电力中断亦然。概括来说，忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻。通过控制电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。不过这一发现在当时并未引起重视。因此，就像这篇论文的标题一样很快就“下落不明”了。

    一隔近40年，忆阻器的存在一直无人去证实。直到去年，来自惠普实验室下属的信息和量子系统实验室的4位研究人员，证实了忆阻现象在纳米尺度的电子系统中确实是天然存在的，他们以《寻获下落不明的忆阻器》为论文标题来呼应蔡教授的预测。在这样的系统中，固态电子和离子运输在一个外加偏置电压下是耦合在一起的。这一发现可帮助解释过去50年来在电子装置中所观察到的明显异常的回滞电流—电压行为的很多例子。

    研究人员表示，忆阻器器件的最有趣特征是它可以记忆流经它的电荷数量。蔡教授原先的想法是：忆阻器的电阻取决于多少电荷经过了这个器件。让电荷以一个方向流过，电阻会增加;如果让电荷以反向流动，电阻就会减小。简单地说，这种器件在任一时刻的电阻是时间的函数———或多少电荷向前或向后经过了它。这一简单想法的被证实，将对信息技术科学产生深远的影响。

    忆阻器将变革存储方式

    科学家指出，只有在纳米尺度上，忆阻的工作状态才可以被察觉到。忆阻器最简单的应用就是构造新型的非易失性随机存储器，或当计算机关闭后不会忘记它们曾经所处的能量状态的存储芯片。电脑会回到你关闭时的相同状态。同样原理，忆阻器可让手机在使用数周或更久时间后无需充电，也可使笔记本电脑在电池电量耗尽后很久仍能保存信息。忆阻器也有望挑战目前数码设备中普遍使用的闪存，因为它具有关闭电源后仍可以保存信息的能力。利用这项新发现制成的芯片，将比目前的闪存更快地保存信息，消耗更少的电力，占用更少的空间。概括一下忆阻器的应用前景：如果忆阻器够快，那么DRAM、Flash进博物馆;如果忆阻器成本够低，那么温彻斯特硬盘就得进博物馆。