Resistanssin kalibrointi mikrosirun memristorilla

Universitat Autonoma de Barcelona (UAB):ssa tehty kansainvälinen tutkimusyhteistyö osoittaa ensimmäistä kertaa, että memristorit voivat helposti kalibroida sähköisen resistanssin tiettyjä sovelluksia ilman, että tarvitaan suuria ja monimutkaisia laboratorioita.

Eurooppalaisen MEMQuD-projektin puitteissa tehty kansainvälinen tutkimus, johon osallistuivat UAB:n professorit Enrique Miranda ja Jordi Suñé, osoittaa, että memristorit voivat tuottaa vakaita resistanssiarvoja, jotka liittyvät suoraan luonnon perusvakioihin. Siten niistä voi tulla uusi, paljon yksinkertaisempi standardi kuin nykyisistä järjestelmistä tämän suuruusluokan kalibroinneille.

Tähän asti kvantti-Hall-ilmiö on toiminut sähköisen resistanssin standardina. Vaikka se tarjoaa erittäin tarkkoja ja toistettavia arvoja, se vaatii äärimmäisiä laboratorio-olosuhteita ja mittaukset vaativat hienostuneita kryogeenisiä järjestelmiä ja tiukasti valvottuja tiloja.

Memristorit tarjoavat radikaalisti erilaisen lähestymistavan. Toiminnallisesti ne toimivat ohjelmoitavina vastuksina – pohjimmiltaan muistilla varustettuina vastuksina. Tätä resistanssia voidaan muuttaa käyttämällä ulkoisia jännitteitä tai virtoja. Niiden sisään muodostuu yksittäisistä hopea-atomeista koostuvia johtavia nanofilamentteja. Sähköistä esijännitettä käyttämällä näitä filamentteja voidaan säätää atomitasolla siten, että niiden johtavuus ei muutu jatkuvasti, vaan erillisinä kvanttiaskeleina.

”Olemme vahvistaneet, että memristorit voivat luotettavasti tuottaa diskreettejä resistanssitiloja, jotka liittyvät suoraan luonnon universaaleihin vakioihin. Vuonna 1998 ryhmämme paljasti nämä kvanttiefektit ensimmäistä kertaa ohuiden eristeiden dielektrisessä läpilyönnissä. Tietyissä sovelluksissa näitä piirirakenteita voidaan käyttää kalibrointiin ilman monimutkaisia jäähdytysjärjestelmiä tai voimakkaita magneettikenttiä”, sanoo UAB:n professori Enrique Miranda.

Tämä lähestymistapa mahdollistaa nyt niin sanotun ”NMI-in-a-chip” -konseptin: kansallisen metrologian instituutin palvelu tiivistettynä mikrosirulle.

Tulevaisuudessa tämä voisi tarkoittaa, että mittauslaitteen resistanssireferenssi on sisäänrakennettu suoraan sirulle. Pitkät kalibrointiketjut – metrologian instituuttien mittauksista, referenssivastuksista ja tarkkuuskalibraattoreista loppukäyttäjien laitteiden kalibrointiin – eivät enää olisi tarpeen.

Sovellukset vaihtelevat yksinkertaistetuista kalibrointimenetelmistä teollisuudessa liikkuviin mittausjärjestelmiin ja kannettaviin standardeihin kenttä- tai avaruustutkimuksessa.”

Olemme paradigman muutoksen alussa – siirtymässä pois monimutkaisista laajamittaisista laitoksista kohti luonnollisia, kvanttitarkkoja standardeja, jotka voidaan integroida mihin tahansa siruun ”, sanoo UAB:n professori Jordi Suñé.

Aiheesta aiemmin:

Uusi atomipohjainen lämpötilamittaus on tarkempi

Sirutason kiihtyvyysmittaus vailla vertaa

Kvanttitason lämpömittari tai optinen jääkaappi