Четвертий базовий елемент мікросхем, передбачений ще 37 років тому, народився в лабораторії Hewlett-packard (HP Labs) в групі під керівництвом Стенлі Уїльямса (R. Stanley Williams). Американські фахівці створили мемрістор (memristor) - нелінійний опір з пам'яттю. Придумав його в 1971 році Леон Чуа (Leon Chua) з університету Каліфорнії в Берклі (University of California, Berkeley), передбачивши, що він повинен стати четвертим базовим елементом електроніки після конденсатора, опору і котушки індуктивності. Проте до цих пір мемрістор залишався гіпотетичним пристроєм, що не має фізичного втілення.

Тепер HP Labs побудувала мемрістор на основі тонких плівок діоксиду титану з точно вивіреним і нерівним розподілом атомів титана і кисню на різних рівнях. В результаті мемрістор міняє свій електричний опір залежно від струму, що проходить через нього. Подробиці роботи її автори виклали в своїй статті в Nature.

"Це не тільки винахід, це - фундаментальне наукове відкриття", - прокоментував в Eetimes Леон Чуа досягнення Уїльямса і його колег.

Далі учений пояснив: "Цей новий елемент вирішує багато проблем, пов'язаних з сьогоднішніми схемами, оскільки підвищує продуктивність у міру переходу на все дрібніші складові частини чіпів. Мемрістор дозволить створити пристрою в масштабі нанометрів, які повинні працювати швидше без генерації все більшої кількості надмірного тепла, яка нині обмежує зменшення розмірів транзисторів".

Також Леон порівняв історію свого винаходу з ситуацією навколо періодичної таблиці. Колись Менделєєв, що розставив елементи по рядках і стовпцях, говорив, що порожні клітки таблиці з часом будуть заповнені. І дійсно бракуючі елементи були відкриті в подальші роки. Теж і з мемрістором, виведеним "на кінчику пера" майже чотири десятки років назад.

Крім того, Чуа вважає, що поява мемрістора повинна заставити фахівців з електроніки на перегляд ряду парадигм. Він пояснює, що до цих пір в теорії електронних схем основоположним вважалося співвідношення між напругою і зарядом (на тих або інших елементах). Проте правильніше розглядати співвідношення між зарядом і швидкістю зміни напруги - затверджує американський учений.

Він порівнює нинішню помилку теоретиків із законом руху Арістотеля, який стверджував, що сила, що прикладається до тіла, повинна бути пропорційна швидкості. Тільки через пару тисячоліть після грецького мислителя Ньютон "виправив" помилку, встановивши, що сила пропорційна прискоренню.

Особливістю мемрістора є гістерезис, що виявляється при циклічній зміні в напрузі і струмі, що проходить через елемент: фактично опір елементу залежить від заряду, який проходив через нього раніше. І те, що звичайна теорія електроніки розглядає як аномалію або перешкоду, тут є основою функціонування пристрою.

Струм, що проходить через мемрістор, здатний міняти його опір в тисячу разів, фактично здійснюючи перемикання між двома станами, завдяки чому новий елемент і може служити елементом пам'яті.

Чуа підкреслює ще одну важливу гідність "новачка": у міру зменшення розмірів, він працює тільки краще і краще. І ще: команда Уїльямса вже показала в своїй досвідченій схемі, що певна комбінація мемрісторів може виконувати роботу транзистора, але тільки "з дуже відмінною фізикою" (за визначенням Стенлі).

"Я ніколи не думав, що житиму достатньо довго, щоб побачити мемрістор", - підсумував Чуа.