Forscher enthüllen viertes Basiselement elektronischer Schaltungen

Forscher aus den HP Labs in Palo Alto haben die Existenz eines neuen Basiselements der Elektronik nachgewiesen. Es handelt sich dabei um einen variablen Widerstand, der über ein „Gedächtnis“ verfügt. Er speichert Informationen und bewahrt sie auch im stromlosen Zustand. Dieser Meilenstein...

Forscher aus den HP Labs in Palo Alto haben die Existenz eines neuen Basiselements der Elektronik nachgewiesen. Es handelt sich dabei um einen variablen Widerstand, der über ein „Gedächtnis“ verfügt. Er speichert Informationen und bewahrt sie auch im stromlosen Zustand. Dieser Meilenstein könnte in Zukunft Computer- und Speichersysteme revolutionieren: Sie ließen sich ohne Bootvorgang aus- und einschalten, würden deutlich weniger Energie verbrauchen und mit Informationen ähnlich umgehen wie das menschliche Gehirn.

Der variable Widerstand – der Memristor, kurz für Memory Resistor (Speicherwiderstand) – könnte die Entwicklung von äußerst energieeffizienten Rechnersystemen ermöglichen, deren Speicher Daten auch dann beibehält, wenn der Strom ausgeschaltet wird. Das langwierige Hochfahren des Computers nach dem Einschalten könnte entfallen. Ein weiteres Anwendungsgebiet wären Systeme, die bestimmte Mustererkennungsfunktionen haben, wie sie das menschliche Gehirn aufweist.

Ein mathematisches Modell und ein physikalisches Muster, die die Existenz des Memristors beweisen, wurde in einem Artikel der Fachzeitschrift „Nature“ vorgestellt. „Auf dem weitgehend erforschten Gebiet der Elektrotechnik etwas zu finden, das so neu und doch so grundlegend ist, ist eine große Überraschung“, berichtet R. Stanley Williams, Leiter des Information and Quantum Systems Lab (IQSL).

Erstmals erwähnt wurde der Memristor 1971 in einem Artikel von Professor Leon Chua, einem anerkannten Mitglied der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik an der University of California in Berkeley. Chua beschrieb und benannte den Memristor und stellte ihn als viertes Basiselement elektronischer Schaltungen neben den Widerstand, den Kondensator und den Induktor (Bild 1).

Der Memristor hat Eigenschaften, die nicht durch eine Kombination der anderen drei Elemente erreicht werden können. Damit konnte er die Lücke füllen, die aus den diversen Kombinationen von Strom, Spannung, Ladung und magnetischem Fluss übrig geblieben war: die Memristanz als Funktion des magnetischen Flusses über die elektrische Ladung.

Für jeden Augenblick verhält sich ein Memristor wie ein normaler Widerstand, allerdings hängt sein Wert von der Vergangenheit des Stroms (Stärke, Polarität und Dauer) ab – das Bauteil „merkt“ sich seine „Geschichte“, auch bei abgeklemmter Stromversorgung. Damit ist ein Memristor keine Konstante mehr, im Unterschied zu den drei bekannten passiven Bauelementen.

Die Suche nach einem real existierenden Memristor verlief Jahrzehnte lang erfolglos. „Die Tatsache, dass ein Magnetfeld keine explizite Rolle im Mechanismus der Memristanz spielt, ist ein möglicher Grund, warum das Phänomen so lange unentdeckt blieb“, erklärt Stanley Williams. „Diejenigen, die am Memristor interessiert waren, suchten am falschen Platz.“