Questo sito utilizza cookie di terze parti per inviarti pubblicità in linea con le tue preferenze. Se vuoi saperne di più clicca QUI 
Chiudendo questo banner, scorrendo questa pagina, cliccando su un link o proseguendo la navigazione in altra maniera, acconsenti all'uso dei cookie. OK

Memristor: teoria e applicazioni

Nel 1971 Leon O. Chua, dell’Università di Berkeley, ha ipotizzato l’esistenza di un quarto tipo di componente passivo elementare, il memristore.
Nel maggio del 2008, i ricercatori degli HP Labs di Palo Alto hanno trovato il modo di realizzare un memristore elementare utilizzando un sottilissimo strato di biossido di titanio opportunamente drogato. Questo evidente salto di qualità tecnologico ha permesso di comprendere a pieno le caratteristiche e il comportamento di questo componente.
Così come i transistor hanno consentito la realizzazione dei moderni calcolatori, le future evoluzioni della tecnologia a memristor potranno permettere la creazione di sistemi autonomi di intelligenza artificiale.
Il dispositivo, dal punto di vista scientifico, si pone in una posizione fortemente multidisciplinare, interessando ambiti di diverso genere.
Come suggerito dal titolo dell'elaborato, il lavoro svolto è suddiviso in due parti fondamentali. Quella introduttiva ha un risvolto decisamente teorico mentre la seconda si riferisce ad un ambito più applicativo e tecnologico. Per evidenziare in modo chiaro e diretto il filo logico che è stato seguito è utile elencare le principali tematiche teoriche affrontate:

- Dopo aver dato la definizione generale di sistema memristivo si è proceduto con la descrizione essenziale di due importanti applicazioni: il pistone (ambito meccanico) e la cella elettrolitica (ambito chimico). Il particolare approccio usato mette adeguatamente in luce le simmetrie esistenti tra questi modelli che, altrimenti, apparirebbero totalmente distaccati. Si dimostra che non è difficile trovare sistemi, appartenenti ad domini fisici diversi, aventi caratteristiche simili a quelle del memristor. Tali sistemi fanno riferimento ad un unico modello matematico.
- Per descrivere le caratteristiche fisiche di un sistema memristivo elettrico (il memristor teorizzato da Chua), si è sviluppata la teoria di base dell’elettromagnetismo. Dalle equazioni di Maxwell si sono ricavati gli elementi fondamentali della moderna teoria dei circuiti.
- Basandosi su considerazioni di simmetria formale, si è ripercorso il ragionamento che portò Chua a ipotizzare l’esistenza di un quarto tipo di componente passivo elementare, il memristore.
- Un intero capitolo è dedicato ai grafi di legame. I grafi di legame sono uno strumento grafico molto utile per l’identificazione strutturale dei sistemi fisici. La notazione di causalità che li contraddistingue fornisce un metodo non solo per la formulazione del sistema di equazioni ma anche per la determinazione del comportamento del sistema. Esplicitando, mediante la tecnica dei grafi di legame, le correlazioni esistenti tra le variabili elettromagnetiche fondamentali emerge in modo naturale l’equazione di stato del memristor.

La seconda parte dell’elaborato è applicativa: viene descritta la tecnologia che ha reso possibile la realizzazione del memristor. Sono le dimensioni nanometriche del dispositivo, spesso solo poche decine di strati atomici, a rendere apprezzabile l’effetto memristivo che si presenta spontaneamente nei nano-dispositivi caratterizzati da fenomeni di trasporto di carica. Il meccanismo alla base di tutto è la diffusione dei droganti in uno strato sottile di ossido: il campo elettrico associato alla tensione applicata fa spostare in modo reversibile il confine tra una regione fortemente drogata e una regione intrinseca, alterando in maniera dinamica la resistenza del dispositivo.
Si dimostra che il passaggio dalla scala micrometrica a quella nanometrica permette di ottenere contributi memristivi un milione di volte più accentuati.
I temi fondamentali riguardanti tale aspetto sono i seguenti:
- Quadro tecnologico di riferimento.
- Avvento delle nanotecnologie: l’importanza del cambiamento di scala per l’evoluzione tecnologica.

Il lavoro è arricchito da una brevissima descrizione di alcuni prototipi che sono stati realizzati recentemente. Per ciascuno di questi esiste una vasta letteratura scientifica nella quale vengono descritte le prestazioni ottenute.
L’elaborato mette in evidenza la forte correlazione esistente tra le previsioni teoriche illustrate nei primi capitoli e i risultati sperimentali.
Nell’ultimo capitolo della tesi si fanno alcune ipotesi riguardo a quello che può essere l’impatto del memristor nei diversi settori scientifico-tecnologici di interesse: informatica, elettronica, robotica, automazione industriale. Particolare attenzione è dedicata all’architettura “crossbar array”.
L’introduzione del memristor a biossido di titanio rende dunque possibile la realizzazione di memorie ultra-dense molto efficaci.

Mostra/Nascondi contenuto.
6 1 - LE EQUAZIONI DI MAXWELL James Clerk Maxwell (1831-1879) era convinto che la teoria dell'azione a distanza tra corpi, tipica della fisica newtoniana, fosse insufficiente a spiegare completamente i fenomeni elettrici e magnetici, come aveva fatto Weber, con ottimi risultati del resto. Molto più incline, come Faraday, a ritenere che lo spazio di separazione tra i corpi esercitasse una funzione attiva, elaborò, nella seconda metà dell'800, quella che lui stesso, già in una memoria del 1864, chiamò "teoria dinamica del campo elettromagnetico". Per Maxwell lo spazio era costituito da un mezzo elastico, detto etere, che, perturbato dai fenomeni elettrici e magnetici aventi sede in un corpo, si contraeva ed espandeva originando onde che consentivano all'energia elettromagnetica di diffondersi nello spazio (la velocità di propagazione è la velocità della luce). L'etere era un'ipotesi di lavoro di cui nessuno, in seguito, ha potuto dimostrare l'esistenza; anzi, l'esperimento di Michelson-Morley, che è considerato uno dei fondamenti della relatività, sembrò negarla. L'etere permise però a Maxwell di elaborare una nuova teoria, sfruttando la potenza dell'analogia che egli poté stabilire tra il comportamento dei mezzi materiali elastici con quello di questo elemento ipotetico, pervasivo di tutto lo spazio, o che, forse, era lo spazio stesso. Le equazioni note come equazioni di Maxwell sono quattro e possono essere espresse sia in forma integrale che in forma differenziale. Erano già note ai tempi in cui egli le elaborò, ma ad una di esse Maxwell, grazie alla concezione dello spazio vuoto come parte attiva dei fenomeni elettromagnetici, dette un contributo decisivo. Si tratta dell'equazione che elimina un'incompletezza del teorema di circuitazione di Ampere, introducendo il concetto di corrente di spostamento, il concetto più direttamente legato alle proprietà elastiche del mezzo. Le equazioni di Maxwell sono condizioni matematiche sui vettori che descrivono il campo elettromagnetico in modo del tutto generale. La loro soluzione, quindi la descrizione del campo effettivo oggetto di studio, è fortemente dipendente dal mezzo in cui la soluzione è cercata: come si vedrà è indispensabile descrivere chiaramente il mezzo per ottenere un risultato univoco. Tale descrizione si traduce in relazioni matematiche dette “relazioni costitutive”. Tutti i fenomeni elettromagnetici macroscopici sono regolati dalle equazioni di Maxwell. Da un punto di vista prettamente matematico, tali equazioni sono difficili da trattare, sebbene esse siano semplici da comprendere in termini concettuali. In particolare descrivono la natura a parametri distribuiti dei campi elettoromagnetici, ossia il fatto che le quantità di campo sono sempre funzioni dello spazio oltre che del tempo (sono equazioni differenziali alle derivate parziali proprio perchè i campi sono funzioni delle tre coordinate spaziali e di quella temporale). Per impostare la discussione descriviamo brevemente le leggi fondamentali dell'elettromagnetismo riferendoci alle proprietà locali dei campi elettrico e magnetico, espresse attraverso operazioni di calcolo vettoriale come la divergenza e il rotore (vedi Appendice A). Legge di Gauss relativa al campo elettrico E. Considerata una superficie infinitesima dS e indicato con n un versore normale a dS orientato verso l'esterno, si definisce il flusso elementare d  del campo elettrostatico E attraverso dS come: d = E n dS = E dS (1.1)

Laurea liv.I

Facoltà: Ingegneria

Autore: Luca Albertazzi Contatta »

Composta da 116 pagine.

 

Questa tesi ha raggiunto 1241 click dal 22/06/2011.

 

Consultata integralmente una volta.

Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.