Prova fisica della meminduttanza in un passivo, due

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1817 (2023) Citare questo articolo

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Il primo memristor intenzionale è stato realizzato fisicamente nel 2008 e il memcondensatore nel 2019, ma la realizzazione di un meminduttore non è stata ancora segnalata in modo definitivo. In questo articolo, la prima prova fisica della meminduttanza è mostrata in un sistema passivo a due terminali costituito principalmente da un elettromagnete che interagisce con una coppia di magneti permanenti. Viene discusso in dettaglio il ruolo della resistenza in serie come componente parassita che oscura l'identificazione del potenziale comportamento meminduttivo nei sistemi fisici. Viene esplorata approfonditamente la comprensione e la rimozione della resistenza parassitaria come "flusso resistivo", fornendo una metodologia per estrarre la meminduttanza da tale sistema. La logica alla base dell'origine della meminduttanza viene spiegata da una prospettiva generalizzata, fornendo le basi che indicano che questo particolare elemento è la realizzazione di un elemento circuitale fondamentale. Viene mostrato che l'elemento qui realizzato porta le tre impronte digitali richieste e necessarie di un meminduttore, e il suo posto nella tavola periodica degli elementi circuitali viene discusso estendendo la genealogia dei memristor ai meminduttori.

Nel suo fondamentale articolo del 19711, Leon Chua osservò che mentre il resistore, il condensatore e l'induttore erano rispettivamente definiti dalle relazioni corrente-tensione, carica-tensione e corrente-flusso, mancava un elemento del circuito definito dalla relazione carica-flusso. Ciò lo portò a concepire il quarto elemento circuitale fondamentale, il memristore che era caratterizzato da una relazione costitutiva tra carica e flusso. Nel 1977, Chua definì la classe più ampia di sistemi memristori2 e aggiornò la caratteristica distintiva di un memristor in una curva di "isteresi schiacciata" nel piano corrente-tensione. Successivamente ha sviluppato la genealogia dei memristori3, con l'idea originale della relazione carica-flusso definita solo come requisito per memristori ideali e non per memristori generici ed estesi. L'idea di una relazione costitutiva nel piano (v(α) − i(β)) essendo la caratteristica distintiva di un elemento circuitale ideale - dove v(α)(t) è definito da (1) e α, β sono numeri interi - ha portato inoltre alla possibilità teorica di un numero infinito di tali elementi, popolando una tavola doppiamente periodica di elementi fondamentali del circuito4,5.

Leon Chua nota anche nel suo articolo del 1971 che "mentre un memristor si comporta come un normale resistore in un dato istante di tempo, t0, la sua resistenza (conduttanza) dipende dalla storia passata completa della corrente (tensione) del memristor". Essendo questa una descrizione matematica, può essere generalizzata e utilizzata come principio guida per la realizzazione fisica di qualsiasi elemento circuitale fondamentale. Di particolare interesse tra tali elementi sono un condensatore la cui capacità (elastanza) dipende dalla storia della sua tensione (carica), chiamato memcondensatore, e un induttore la cui induttanza (riluttanza) dipende dalla storia della sua corrente (flusso), chiamato meminduttore6. Sebbene il memristor sia stato fisicamente realizzato nel 20087 e il memcondensatore nel 20198, il meminduttore finora è rimasto sfuggente.

È importante riconoscere il dibattito contemporaneo sull'utilità dell'applicazione del modello matematico di Chua ai moderni elementi a 2 terminali. Infatti, per gli elementi memristivi guidati dal trasporto di posti vacanti di ossigeno, l’impatto di accurati modelli di diffusione ionica sulla variabile di stato è ancora dibattuto, per non parlare degli argomenti termodinamici dell’energia immagazzinata usati contro la classificazione della memoria resistiva come memristor. Tuttavia, completare il mosaico degli elementi mem mappando accuratamente gli elementi a 2 terminali nel modello è fondamentale per fornire strumenti agli ingegneri dei dispositivi e agli scienziati in importanti aree di ricerca come il calcolo neuromorfico e l'architettura della memoria. Pertanto, la scoperta e la comprensione di un elemento meminduttivo sono vitali per la discussione scientifica sulla classificazione dei dispositivi e per la promozione di importanti aree tecnologiche emergenti.