Memristor, il "quarto componente" che rivoluziona l'elettronica

La teoria dei circuiti elettrici prevede la presenza di tre componenti passivi fondamentali: il resistore, che dissipa energia elettrica sottoforma di calore, il condensatore, che conserva una carica elettrica all'interno di un campo elettrico, e l'induttore, che conserva energia elettrica all'interno di un campo magnetico.

Nel 1971 Leon Chua, professore di ingegneria elettrica, teorizzò l'esistenza di un quarto elemento fondamentale, caratterizzato da una correlazione funzionale tra il flusso magnetico e la carica elettrica ai due elettrodi dell'elemento. Da allora il memristor (questo il nome del componente) ha rappresentato una sorta di tassello mancante nel mondo della fisica elettrica ed elettronica dal momento che non è stato possibile proporne un modello fisico e matematico in grado di soddisfare quanto teorizzato da Chua.

Questo, almeno, fino alla scorsa settimana quando gli HP Labs (i laboratori di ricerca avanzata di Hewlett-Packard) hanno annunciato la realizzazione del primo modello matematico e fisico di un memristor compiendo non solo un invenzione tecnologica ma anche una vera e propria scoperta scientifica.

Il laboratorio di ricerca di HP è stato in grado di realizzare un primo esemplare reale, composto da una sottile pellicola di diossido di titanio interposta tra due elettrodi. La pellicola presenta due strati, uno dei quali caratterizzato da un leggero impoverimento di atomi di ossigeno. Le vacanze di ossigeno fungono così da portatori di carica, causando una minore resistenza nello strato "impoverito". Quando viene applicata una differenza di potenziale ai due elettrodi, le vacanze di ossigeno si spostano, variando di fatto il "confine" tra i due strati. Per questo motivo la resistenza complessiva della pellicola dipende dal "numero" di cariche che si sono spostate all'interno della pellicola di diossido di titanio in una particolare direzione. Resistenza che pertanto può variare a seconda della direzione assunta dalla corrente che fluisce nel memristor.

Osservando un memoresistore in un qualunque istante, si osserverà lo stesso comportamento di un resistore tradizionale. La particolarità del memristor è però rappresentata dal fatto che la sua "resistenza" è un valore dipendente, come detto sopra, dalla corrente che lo ha attraversato: è proprio questa la principale differenza da un resistore tradizionale, nel quale la resistenza rappresenta una costante. E' per questo motivo che il valore della memristance può essere considerato dipendente dallo "storico" della carica che ha attraversato il dispositivo.

Le prove che permettessero di stabilire la reale esistenza della correlazione teorizzata da Chua sono state molto difficili da rintracciare dal momento che la memristance si può osservare con molta facilità solamente su scala nanometrica: con l'avanzamento delle tecnologie si è cosi potuto dimostrare l'esistenza di un concetto ipotizzato più di trenta anni fa.

Dal punto di vista dell'applicazione pratica, i memristor permetteranno la realizzazione di una nuova famiglia di memorie in grado di conservare informazioni anche in assenza di corrente e che potranno affiancarsi ed eventualmente andare a sostituire le odierne memorie RAM grazie alla capacità di poter istantaneamente recuperare i dati richiesti, ad esempio, al momento di ripristinare un sistema dallo stato di "sleep".

Le possibilità di applicazione di questi nuovi componenti, in realtà, paiono essere molto più ampie. Gli ingegneri di HP hanno infatti indicato la possibilità di realizzare, grazie all'eventuale combinazione e sinergia con transistor e processori, sistemi di computazione in grado di mostrare un meccanismo di associazione di motivi geometrici simile a quello proprio del cervello umano e che potrebbero preludere alla creazione di intelligenze artificiali dotate di un sistema di auto-apprendimento e con un qualche tipo di capacità decisionale.