Помпорник – мемристор је први замислио 1971. године, теоретичар кола Леон Чуа као још непостојећу нелинарну пасивну двополну електричну компоненту, која се односи на везу електричног наелектрисања и магнетног флукса. Међутим, постоји доказ у основама термодинамике који резонује да такав хипотетични помпорник као компонента не може да има двојника у чврстом стању у физичкој реалности.
Леон Чуа је у скорије време утврдио да дефиниција може бити уопштена да покрије све облике двополних постојаних меморијских уређаја заснованих на ефекту промене отпора мада су неки докази експеримената супротни овој тврднји, будући да је ефекат непасивне нанобатерије приметан у меморији са променљивим отпором. Чуа је такође тврдио да је помпорник најстарији познати елемент кола чији ефекти претходе отпорнику, кондензатору и индуктору. Различите фирме раде на стваранју помпорника, уклјучујући и Хјулит Пакард, СК Ханиа и ХРЛ лабораторије.
Тим ХП лабораторије је 2008. године тврдио да је пронашао Чуов непостојећи помпорник, на основу анализа танког филма титанијум диоксида. Међутим, изражене су сумње о овим анализама. Ови уређаји су намењени за употребу у наноелектронским меморијама, логици рачунара и неуроморфним рачунарским конструкцијама. Октобра 2011, тим је најавио комерцијалну доступност технологије помпорника и да ће у року од 18 месеци бити замена за Флеш, ССД, ДРАМ и SRAM. Према најскоријим проценама технологија ће постати комерцијално доступна око 2018. У марту 2012, тим истраживача из ХРЛ Лабораторија сам Мичигенског УНИВЕРЗИТЕТА је најавио први низ помпорника који функционише изграђен на CMOS чипу.
Порекло мини|десно| Концептуално симетрија између отпорника, кондензатора, калема и мемристора. У свом раду из 1971, Чуа је извео концептуалну симетрију између нелинарног отпорника (напон против струје) нелинеарног кондензатора )напон против наелектрисанја) и нелинеарног индуктора (веза магнетног флукса против струје). Онда је предложио могућност помпорника као другог основног нелинеарног елемента кола повезујући везу магнетног флукса и наелектрисанја. Супротно линеарном (или нелинеарном) отпорнику помпорник има динамичну везу између струје и напона уклјучујући и меморију о прошлим напонима или струји. Други научници су предложили отпорнике динамичне меморије као што је помпорник Бернарда Видроуа, али Чуа је покушао да уведе математичку општост.
Отпор помпорника зависи од интеграла инпута применјеног на терминалима (пре него на непосредну вредност инпута као у варистору). Пошто се елемент „сећа“ количине струје која је последнја прошла кроз нјега, Чуа га је зато назвао „мемристора“. Други начин описиванја помпорника је да је он било који пасивни двополни елемент електричног кола која одржава функционалну везу између интеграла времена (зване наелектрисанје) и интеграла времена напона (често називаног и флукс. Пошто је повезан са магнетним флуксом). Хагиб ове функције се назива мемристанса М и слична је променјивој отпора. Међутим, помпорници контролисани исклјучива струјом или напоном не могу да постоје у физичкој стварности зато што би онда функционисали у конфликту са основним законима неизједначене термодинамике.
Дефиниција помпорника је заснована искљуциво на основама промењивих кола струје и напона и њухових интеграла времена, као што су отпорник, кондензатор и индуктор. За разлику од ова три елемента, која су дозвољена у непромењивом линеарном времену или ЛТИ теорији система, помпорници о којима је реч имају дихамичка функција са меморијом у могу бити описани као нека функција наелектрисања мреже. Не постоји тако нешто као што је цтандардни помпорник. Уместо тога, уређај сваки изводи одређену функцију, где саставни напона одређује саставни струје, ја обрнуто. Помпорник непромењивог линеарног времена са константном вредношћу за М је само уобичајан отпорник. Као и друге двополне компоненте уређаји који се користе у стварном свету никад Нису искључиво помпорници ("Идеални помпорник") него такође испољавају неку количину капацитативности, отпора и индуктивности.
Дефиницја и критике помпорника Према оригиналној теорији из 1971. године помпорник је четврти основни елемент кола који ствара нелинеарну везу између електричног наелектрисања и везе магнетног флукса. Чуа је 2011. говорио о широј дефиницији која укључује све двополне постојане меморијске уређаје засноване на пребацивању отпора. Вилијамс је тврдио да су МРАМ, ПЦМ и РРАМ технологије помпорника. Други научници су тврдили да биолошке структуре као што су крв и кожа одговарају дефиницији. Неки су тврдили да су меморијски уређаји које ХП лабораторије покушавају да развију и други облици РРАМ помпорнички системи, али као део шире класе система промењивог отпора и да је шира дефиниција помпорника научно неоправдано наметање које фаворизује ХП-ове патенте за помпорник.
Мефелс и Шредер су навели да један од раних радова о помпорнику укључује погрешну претпоставку везану за јонску проводљивост. Мафелс и Сони су дискутовали о проблемима и питањима о реализацији помпорника. Они су тврдили да физика се иза ХП-овог модела помпорника сукобљава са основама о чврстим стањима електрохемије као и да спајање електронско/јонских дифузионих струја није узето у обзир. Поред тога, истакли су проблеме везане за основе неравномерне термодинамике: једначине динамичког стања формулисане за помпорнике као што је ХП-ов помпорник, наговештавају могућност непостојаности Ландаеровог принципа о минималној количини енергије потребне да промени “информацију“ у систему. Ова критика је подржана од стране Ди Вентра и Першина.
Постојано складиште информација захтева постојање енергетских баријера које одвајају одређена стања меморије једног од другог. Помпорници чија стања отпора (меморија) зависе само од струје (као ХП-ов помпорник) или историје напона, не би могли да заштите своја стања меморије од неизбежних флуктуација и тим претрпели трајан губитак информација: предложени хипотетички концепт не обезбеђује физички механизам, онемогућавајући таквим системима да задрже стања меморије после примењене струје или напона напрезање је уклоњено. Такви елементи, према томе, не могу да постоје, зато што би увек били подложни такозваној “стохастичкој катастрофи“.
Други истраживачи су приметили да модели помпорника засновани на претпоставци линеарне средње брзине јона нису одговорне за асиметрију између одређеног времена (мењање напона од високог ка ниском) и деривативног времена (мењање напона од ниског ка високом) и не даје конзистентне вредности покретљивости јона са експерименталним подацима. Модели нелинеарне средње брзине јона су предложени да би се компензовао овај недостатак.
Мартин Рејнолдс инжињер аналитичар електротехнике са опремом за истраживање Гартнер изјавио је да док су у ХП-у били неодговорни у давању имена помпорник свом уређају, критичари су били превише ситничави кад су рекли да то није помпорник.
Експериментални тестови за помпорнике Чуа је предложио експерименталне тестове за одређивање да ли уређај може бити адвектно категоризован као помпорник. Лисажуова крива у равни напон-струја је петља деформисане хистерзе када је покретана од стране било ког биполарног периодичног напона или струје без освртања на почетне услове Ова област сваког крила петље пинцхед хистетерзиса како се фреквенција форсираног сигнала повећава. Пошто фреквенција тежи бесконачности петља хистерзиса се мења у праву линију кроз извор чији нагиб зависи од амплитуде и облика форсираног сигнала.
Према Чуау све меморије промењивог отпора укључујући РеРАМ, МРАМ и ПЦМ испуњавају ове критеријуме и зову се помпорницима. Међутим, недостатак података за Лисажуове криве за већи опсег почетних услова или за већи опсег фреквенција, компликује процене ове тврдње.
Експериментални докази показују да отпорничка меморија на бази редукције кисеоника (РеРАМ) укључује нанобатеријски ефекат који је у супротности са Чуовим моделом помпорника. Ово указује на то да теорија помпораника треба да буде проширена да би омогућила прецизно приказивање модела РеРАМ.
Теорија Помпорник је у почетку дефинисан нелинеарни функционални однос између везе магнетног флукса Φm(t) и количине електричног наелектирсања које је протекло, q(t):
Променљива Φm ("веза магнетног флукса") је изведена из карактеристика индукатора кола. Она не представља магнетно поље овде. Њено физичко значење је описано у даљем тексту. СимболΦm се може сматрати интегралом напона по протеку времена. У односу између Φм и q извођење једног у односу на другог зависи од вредности једног или другог, па је тако сваки помпорник карактеризован својом функцијом мемристансе описујући брзину промене флукса у зависности од опсега промене наелектрисања.
Замењујући флукс који је интеграл времена напона и наелектрисање које је интеграл времена струје погоднијом формом је
Да би се повезао помпорник за отпорник, кондензатор и индуктор, од помоћи је изоловати члан М(q) који описује уређај и написати га као диференцијалну једначину.
Уређаји Карактерна особине(јединице) Диференцијална једначина Отпорник Отпор(V per A, or Ом, Ω) R = dV / dI Кондензатор Капацитативност(C per V, or Фарадs) C = dq / dV Пригушница Индуктивност( Wb по A, или Хенри) L = dΦm / dI Помпорник Помпорнист(Wb per C, or Ом) M = dΦm / dq
Табела изнад укључује све значајне односе диференцијала I, Q, Φm, and V. Ниједан уређај не може да повеже dI са dq, или dΦm са dV, зато што је I изведено од Q and Φm је интеграл V.
Може се закључити из овога да је мемристанса резистанца зависна од наелектрисања. Ако је M(q(t)) константа онда добијамо Омов закон R(t) = V(t)/ I(t). Ако M(q(t)) није тривијално, међутим, једначина није еквивалент зато што q(t) и M(q(t)) могу да варирају временом. Решавање напона као функције времена даје
Ова једначина открива да мемристанса дефинише линеаран однос између струје и напона докле год се М на мења са наелектрисањем. Струја која је различита од нуле указује на постојање наелектрисање које се мења кроз време. Наизменична струја, међутим може открити линеарну зависност у операцијама кола уносећи самерљив напон без кретања наелектрисања мреже – докле год максимална промена q не изазива много мењања М.
Штавише, помпорник је статичан ако кроз њега не пролази струја. Ако је I(t) = 0 проналазимо да је V(t) = 0, а M(t) је константа. Ово је основа меморијског ефекта.
Карактеристика утрошка енергије поништава карактеристику отпораника, I2R.
Докле год M(q(t))) мало варира као што то чини под наизменичном струјом, помпорник ће изгледати као константни отпорник. Ако M(q(t)) брзо порасте, струја и утрошак енергије ће брзо стати.
M(q) је физички ограничено тако да је позитивно за све вредности q (под претпоставком да је уређај пасиван и да не постаје суперпроводљив за неко q). Негативна вредност би значила да био он непрестано доводио енергију када ради са наизменичном струјом.
Истраживања из ХП лабораторије из 2008, довела су до модела за мемристансу базиран на танким филмовима титанијум диоксида. За Рукључено<<Рискључено функција мемеристансе је одређена
Где Rискључено представља стање високог отпора, Rукључено представља стање ниског отпора, μv представља покретљивост примеса у танком филму, а Д представља дебљину филма. Тим ХП лабораторија је назначио да су “функције окна“ неопходне ради компензације разлика између експерименталних мерења и њиховог модела помпорника због нелинеарне средње брзине јона и ефекта ограничења.
Операција прекидача За неке помпорнике примењена струја или напон изазивају поприличну промену у отпору. Такви уређаји се могу окарактерисати као прекидачи проверавајући време и енергију који се морају потрошити да би се достигла жељена промена у отпору. Ово подразумева да примењени напон остаје константан. Решавање расипања енергије у току једног прекидачког догађаја открива да за помпорник да пребаци Rукључено на Rискључено у времену Тукључено на Тискључено, наелектрисање мора да се промени за ΔQ = Qукључено – Qискључено