Мемристоры впервые связали электрическое сопротивление с фундаментальными константами

Учёные из Исследовательского центра Юлиха впервые продемонстрировали, что мемристоры — наноразмерные переключающие устройства — могут обеспечивать стабильные значения сопротивления, непосредственно связанные с фундаментальными константами природы. Это открывает путь к более простому определению электрических единиц, таких как сопротивление.

С 2019 года все базовые единицы Международной системы единиц (СИ) основаны на фундаментальных природных константах. Однако метрологические измерения электрических величин до сих пор требуют сложных условий, таких как использование квантового эффекта Холла при температурах, близких к абсолютному нулю, и мощных магнитных полях.

Мемристоры, изначально разрабатывавшиеся для новых вычислительных архитектур, действуют как программируемые резисторы. Внутри них формируются проводящие нанонити из отдельных атомов серебра, которые можно регулировать с атомарной точностью. Их проводимость изменяется не непрерывно, а дискретными квантовыми шагами.

«Впервые мы показали, что мемристоры могут надёжно генерировать дискретные состояния сопротивления, непосредственно связанные с универсальными константами природы, без необходимости сложных систем охлаждения или сильных магнитных полей», — говорит Илья Валов из Исследовательского центра Юлиха.

В экспериментах мемристоры программировались при комнатной температуре в стабильные состояния проводимости, точно соответствующие 1·G₀ и 2·G₀, где G₀ — квант проводимости, выведенный из постоянной Планка h и элементарного заряда e. Измерения показали отклонение всего 3,8% для 1·G₀ и 0,6% для 2·G₀.

Эта технология делает возможной концепцию «метрологического института на чипе», когда измерительный прибор имеет встроенный эталон. Это устранит необходимость в длительных процедурах калибровки через национальные институты.

Применения включают упрощённые калибровки в промышленности, мобильные измерительные системы и портативные стандарты для полевых исследований и космических миссий.