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Resistencia, inductancia, capacidad y… ¡¡¡memristor!!!

memristor

Las matemáticas pueden servir para descubrir en ocasiones cosas que no conocemos, e incluso cosas que no conoceremos hasta dentro de muchos años.

Leon Chua, un ingeniero eléctrico con inclinación por las matemáticas, se propuso en el año 1971 encontrar los fundamentos matemáticos rigurosos de la electrónica, ya que no habían sido derivados hasta el momento.

Para empezar, se basó en los componentes que todos conocemos, la resistencia, la capacidad y la inductancia, y se pensó que algo faltaba.

Entonces examinó las magnitudes básicas que definen un circuito eléctrico, voltaje, corriente, carga eléctrica y flujo magnético. Estas cuatro magnitudes básicas interrelacionadas deberían tener seis clases de relaciones entre ellas.


  • La carga eléctrica y la corriente se relacionan entre si por definición, puesto que la segunda es la variación que se da en la primera a lo largo del tiempo.
  • De forma similar se relacionan el flujo magnético y el voltaje.

Otras tres de las relaciones se obtienen de los tres componentes de los que ya hemos hablado:

  • La resistencia crea un voltaje cuando la atraviesa una corriente eléctrica.
  • Un condensador almacena una carga eléctrica poner en sus extremos una diferencia de tensión (voltaje).
  • Una inductancia, o bobina, al ser atravesada por una corriente eléctrica crea un campo magnético.

Por tanto, ya tenía cinco de las seis relaciones, y le faltaba un sistema o dispositivo que relacionase la carga con el flujo magnético.

En este momento es cuando Chua decide inventarse un nuevo dispositivo, al que llama “memristor” (memory resistor), y define las cosas de las que este dispositivo debería ser capaz de hacer.

El mermistor debería generar un voltaje a partir de una corriente al igual que hacen las resistencias pero de un modo mucho más complejo y dinámico. Chua imaginó que este dispositivo podría “recordar” la corriente que había fluido a su través en instantes pasados.

El problema de este trabajo es que era muy elegante, pero no podía ser demostrado de manera alguna, por lo que finalmente terminó abandonando el proyecto.

29 años después en el 2000, en los Laboratorios Hewlewtt-Packard en Palo Alto, California, Stan Williams creó accidentalmente el primer dispositivo resistencia-con-memoria.

Williams y su equipo investigaban para crear un interruptor rápido de de baja potencia, conectando entre si dos diminutas resistencias de dióxido de titanio, de modo que la corriente de una pudiera usarse para – de algún modo – conmutar la resistencia en la otra en forma de encendido y apagado.

El resultado fue que si era posible, pero que la resistencia en esta clase de interruptores se comportaba de un modo tan errático que resultaba imposible de predecir empleando modelos convencionales.

Pasaron tres años hasta que un colega suyo le dio un chivatazo, y de este modo descubrió el trabajo de Chua en 1971. Y resultó que las ecuaciones que Williams había creado para tratar de describir el funcionamiento de sus resistencias interconectadas se parecían muchísimo a las derivadas por Chua en su trabajo teórico.

Además Williams pudo explicar por qué nunca se había visto un memristor con anterioridad. Su efecto depende de movimientos a escala atómica, por lo que solo pude apreciarse cuando se trabaja con dispositivos a nanoescala. En escalas milimétricas, los memristores son esencialmente invisibles.

memristor2El funcionamiento de las resistencias interconectadas de Williams es el siguiente:

En su estado puro de unidades de repetición compuestas por un átomo de titanio y dos de oxígeno, el dióxido de titanio es semiconductor. Pero si calentamos el material, algunos átomos de oxígeno se van dejando burbujas cargadas eléctricamente que hacen que este comience a comportarse como un metal.

En los interruptores de Williams, la resistencia superior está hecha con un semiconductor puro, y la inferior de un metal deficiente en oxígeno. Cuando se aplica un voltaje al dispositivo, este empuja a las burbujas con carga del metal hacia arriba, lo cual reduce radicalmente la resistencia del semiconductor, convirtiéndole en un verdadero conductor. Cuando se aplica un voltaje en la otra dirección ocurre lo contrario, las burbujas descienden de nuevo a la capa inferior y la resistencia superior vuelve a su estado de semiconductor.

Lo increíble es que cada vez que se desconecta el voltaje, el sistema se detiene y la resistencia permanece congelada. Cuando se vuelve a conectar el voltaje, el sistema es capaz de “recordar” en qué punto se encontraba “despertando” en el mismo nivel de resistencia que mostraba antes del apagado.

Personalmente me parece impresionante, y además tiene miles de aplicaciones, como el almacenamiento de datos de forma más rápida, más eficiente, y con un consumo de energía mucho menor, ya que no utilizarían transistores. Pero no solo traería avances en electrónica, si no que parece que los memristores tienen relación con el modo en el que trabaja el cerebro humano. Tenéis más información sobre los memristores en el campo de la biología en este enlace.

Vía | maikelnai

Sobre el autor

Alberto Martinez

Ingeniero industrial en la especialidad de la electricidad, y apasionado de los mecanismos de generación, transporte y distribución de energía. Cada día más apasionado por la movilidad sostenible.

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