后危機(jī)時(shí)代，傳統(tǒng)電子組件迎來(lái)創(chuàng)新與變革

　　經(jīng)過(guò)近些年發(fā)展，超級(jí)電容的體積越做越小，品質(zhì)越來(lái)越穩(wěn)定，性能越來(lái)越像電池。目前，5F以上的超級(jí)電容已經(jīng)開始應(yīng)用于許多便攜式和手持式產(chǎn)品中，有些甚至替代了電池。在汽車領(lǐng)域更是發(fā)展迅猛，由于充電時(shí)間短，電解質(zhì)材料環(huán)保等因素，很多制造商對(duì)超級(jí)電容作為混合動(dòng)力汽車的電力能源來(lái)源寄予厚望，希望超級(jí)電容早日從概念車上轉(zhuǎn)至通用車輛中。

　　近期麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)表明，在未來(lái)幾年內(nèi)，超級(jí)電容的能量?jī)?chǔ)存能力將出現(xiàn)質(zhì)的飛躍。目前的超級(jí)電容產(chǎn)品放電速度是傳統(tǒng)電池的10倍，而能量?jī)?chǔ)存能力在體積相同的條件下則只有后者的50%。這一不利局面將在未來(lái)幾年內(nèi)得到扭轉(zhuǎn)。屆時(shí)，超級(jí)電容將真正進(jìn)入一個(gè)更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　隱藏在電路中多年的第四類元件——憶阻器

　　兩篇時(shí)隔三十七年的論文

　　基礎(chǔ)電子學(xué)教科書列出了三種基本的電路元件：電阻器、電容器和電感器。現(xiàn)在隨著第四類元件的發(fā)現(xiàn)與證實(shí)，傳統(tǒng)的觀念正在發(fā)生轉(zhuǎn)變。

　　早在1971年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的華裔科學(xué)家蔡少棠教授就發(fā)表了題為《憶阻器：下落不明的電路元件》的論文，論文指出，除電容、電感和電阻之外，電路中還應(yīng)該存在第四種基本元件——憶阻器。這篇論文提供了憶阻器的原始理論架構(gòu)，推測(cè)電路有天然的記憶能力，即使電力中斷亦然。概括來(lái)說(shuō)，憶阻器是一種有記憶功能的非線性電阻。通過(guò)控制電流的變化可改變其阻值，如果把高阻值定義為“1”，低阻值定義為“0”，則這種電阻就可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能。不過(guò)這一發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)并未引起重視。因此，就像這篇論文的標(biāo)題一樣很快就“下落不明”了。

　　一隔近40年，憶阻器的存在一直無(wú)人去證實(shí)。直到去年，來(lái)自惠普實(shí)驗(yàn)室下屬的信息和量子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的4位研究人員，證實(shí)了憶阻現(xiàn)象在納米尺度的電子系統(tǒng)中確實(shí)是天然存在的，他們以《尋獲下落不明的憶阻器》為論文標(biāo)題來(lái)呼應(yīng)蔡教授的預(yù)測(cè)。在這樣的系統(tǒng)中，固態(tài)電子和離子運(yùn)輸在一個(gè)外加偏置電壓下是耦合在一起的。這一發(fā)現(xiàn)可幫助解釋過(guò)去50年來(lái)在電子裝置中所觀察到的明顯異常的回滯電流—電壓行為的很多例子。

　　研究人員表示，憶阻器器件的最有趣特征是它可以記憶流經(jīng)它的電荷數(shù)量。蔡教授原先的想法是：憶阻器的電阻取決于多少電荷經(jīng)過(guò)了這個(gè)器件。讓電荷以一個(gè)方向流過(guò)，電阻會(huì)增加;如果讓電荷以反向流動(dòng)，電阻就會(huì)減小。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這種器件在任一時(shí)刻的電阻是時(shí)間的函數(shù)———或多少電荷向前或向后經(jīng)過(guò)了它。這一簡(jiǎn)單想法的被證實(shí)，將對(duì)信息技術(shù)科學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

　　憶阻器將變革存儲(chǔ)方式

　　科學(xué)家指出，只有在納米尺度上，憶阻的工作狀態(tài)才可以被察覺到。憶阻器最簡(jiǎn)單的應(yīng)用就是構(gòu)造新型的非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器，或當(dāng)計(jì)算機(jī)關(guān)閉后不會(huì)忘記它們?cè)?jīng)所處的能量狀態(tài)的存儲(chǔ)芯片。電腦會(huì)回到你關(guān)閉時(shí)的相同狀態(tài)。同樣原理，憶阻器可讓手機(jī)在使用數(shù)周或更久時(shí)間后無(wú)需充電，也可使筆記本電腦在電池電量耗盡后很久仍能保存信息。憶阻器也有望挑戰(zhàn)目前數(shù)碼設(shè)備中普遍使用的閃存，因?yàn)樗哂嘘P(guān)閉電源后仍可以保存信息的能力。利用這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)制成的芯片，將比目前的閃存更快地保存信息，消耗更少的電力，占用更少的空間。概括一下憶阻器的應(yīng)用前景：如果憶阻器夠快，那么DRAM、Flash進(jìn)博物館;如果憶阻器成本夠低，那么溫徹斯特硬盤就得進(jìn)博物館。