得克萨斯农工大学发现新的电路元件：Meminductor

得克萨斯农工大学的研究人员最近展示了“忆电感”，它构成了一种新电路元件的基础：忆电感。先前的研究人员已经证明了忆阻和忆电容，这使得德克萨斯农工大学的贡献在科学界实现了重大飞跃。

 

忆阻器和忆电容器是经过充分研究的基本电路元件的“mem”变体。现在，得克萨斯农工大学已经创建了忆阻器。

 

基本电路元件的“mem”变体虽然在业余爱好者的试验板上可能并不常见，但在计算和AI/ML应用中已经证明了相当大的实用性。忆阻器可以说是当今最常见的，因为它的早期发现（2008年与2019年相比，忆阻器）。但随着人们对这些组件的了解越来越多，它们的效用可能会呈指数级增长。

在这篇文章中，我们将重点介绍得克萨斯农工大学的研究，向设计者展示记忆诱导行为是如何被发现的。我们还将讨论如何在未来证明已完成的三位一体的“mem”设备是有用的。

 

纯被动存储器

“mem”前缀表示电路元件包含某种形式的存储器。虽然内存不是随机访问或只读的，但它确实允许在新兴应用程序中利用独特的属性。

例如，忆阻器在最近的研究中有着无数的用途。在一个这样的例子中，受哺乳动物模式识别的启发，忆阻器被用于图像处理。忆阻设备也被用于实现内存中计算架构，由于设备电阻的变化，中央处理器不再执行计算。

 

这张不同电感器的图像突出了忆阻器的显著特征，显示了电感如何随着时间的推移而变化，以及它对通量的影响。（c-d）中所示的“图-8”是忆阻器的指纹之一。图片由《自然科学报告》提供

 

简单地说，“mem”器件表现出的特性（电阻、电容、电感）可以根据其先前的状态而变化。通过这种方式，该元素具有“内存”，将其与独立于先前状态的非内存设备区分开来。

 

隐藏在抵抗背后

虽然忆电感器已经理论化了一段时间，但在得克萨斯农工集团最近的发现之前，还没有观察到真正的双端设备的确切证据。这是因为串联电阻有效地掩盖了忆阻特性，尤其是在低频率下，当期望的效果最强时。

为了消除串联电阻的影响，该小组采用了一种巧妙的技术，有效地减去了串联电阻对器件运行的影响，以隔离忆阻的影响。由于电阻可以很容易地测量，并且理想情况下不会随着频率的变化而变化，这使得在忆阻上归位的工作几乎微不足道。

 

忆电感器的模拟和实验装置证明了消除电阻影响的能力，并提供了忆电感的实验证据。图片由《自然科学报告》提供

 

为了制造一种实验性的忆电感器，德克萨斯农工集团需要一种能够根据施加的电流被动改变电感的机制。该团队将一个空气缠绕线圈放置在一个棒上，该棒在两个磁体之间部分含有铁磁性材料。在这种设置[GIF链接]中，当通过线圈的电流发生变化时，线圈相对于铁磁棒移动，从而改变电感。

实验装置的结果（如论文中的补充信息所示）表明，通过减去众所周知的串联电阻效应，可以观察到忆阻特性，为无源双端忆阻提供了实验证明。

 

完整的电路元件表

新的电路元件可以在无功设备中消耗更少的功率并且提供更高效的计算。使用这种新组件，AI和ML领域可能会受益于改进的神经形态计算，从而提高硬件性能。高性能计算领域还可以受益于忆电感器的可编程特性，从而能够直接在存储器中进行复杂或高密度计算，而不需要CPU上的大量计算负载。

 

得克萨斯农工集团的贡献完成了蔡美儿的“两端电路元素周期表”，并创造了忆电感器。图片由《自然科学报告》提供

 

mem电感器的物理实现为三个基本电路元件中的每一个都提供了它的mem对应物。这项研究的发展恰逢摩尔定律达到极限。随着工程师们扩大推动上个世纪发展的势头，忆阻器可能有助于在持续创新中发挥作用。