实验性开源忆阻器/可编程“二极管”

忆阻器是无源元件，例如电阻器，电容器或电感器。它并不广为人知，它是在1970年代初期首次提出的。这个概念可以归结为一个电阻，该电阻根据电流改变电阻，并具有该电阻的“记忆”。当以一种方式推动电流时，电阻将上升。您可以通过向相反方向推动电流来降低它。一旦达到0（或某个阈值），它将再次上升。替代地，忆阻器可以随着电流变得更导电，当电流反向时返回其电阻状态。此功能与神经元之间的连接如何运行非常相似，因此忆阻器已成为在芯片上创建神经网络的焦点。有关更多信息，请阅读https://www.americanscientist.org/article/the-memristor

在您的大脑或计算机AI中，神经元具有确定其“开”或“关”的特定值。这个值被存储在您的大脑中，但这是该神经元与其他重要神经元的联系的强弱。这些连接的功能就像忆阻器一样，一旦神经元达到输入的某个阈值，它就会“激活”并向其他神经元发送信号。这些信号被神经元之间的连接（相当于忆阻器）抵抗/修改。如果可以创建可靠的忆阻器，则可以创建“片上神经元”。

我相信我可能会设计一种用于忆阻器的功能设计，以降低电流电阻，并希望其他人尝试进行实验（并对此进行改进），以期最终创建一个简单的器件，就像电阻一样，可以用于DIY /制造商电路。我没有尝试过美国科学家文章中讨论的TiO2神经元，但可以尝试构建下一个。我将其称为“电解忆阻器”，因为它基于NaSO4 /深共晶电解质以及铝的钝化性能。在操作时，它也似乎具有有趣的“二极管”状行为。

下面是我构建的图表。这不是理想的情况，但会显示所涉及零件的总体布局。

我们从电阻碳的长度开始。就我而言，我用铅笔在一条特卫强（一种塑料网状材料）上绘制了一个深色的“电阻”。然后，我将其切下，放在一块木棉胶带上。我在一端分别添加了一块铝箔作为集电器，并确保添加更多的甲壳素以使集电器与电解质绝缘。然后，我用胆碱氯化物和尿素深的低共熔溶剂，少量的水，少量的硫酸钠（NaSO4）和一些用于胶凝的氧化铝（Al2O3）制成电解质。我添加了另一块特卫强作为分隔物，并将电池折叠起来。理想情况下，它看起来像这样：

我的操作理论涉及pH值和铝的钝化。硫酸钠的pH值为7，为中性。在中性溶液中，铝形成一个钝化层的氧化物（主要是防止导电）。因此，在未施加电压的情况下，电阻器处于其“基极电阻”。

当施加电压时（例如2v），U形电阻器形成了一部分混合电阻器/电容器/电池，其长度范围为2v至0v。在U形中，钠（Na +）离子将迁移到负极，硫酸盐（SO4-）离子将迁移到正极。此pH梯度会在整个长度上发生，但在我们的U形中，它将主要在U的顶部附近。我们开始在正末端形成硫酸，而在负末端形成氢氧化钠。靠近正极的氧化铝（和任何铝）会溶解并导致铝离子（Al +）迁移到负极端子，在那里它们像铝金属（Al0）一样沉积在电阻器上。这有效地降低了U负极的电阻，因为电流优先于电阻器通过Al传导。实际上，它是铝基电池。这里有很多副反应，但是我的假设是，当电源停止流动时，我们现在在电阻器上一直有一层铝，一直到中点。这将在极端情况下有效地将整个电池的电阻减半。现在，当电池安放时，Na +和SO4将重新结合，并再次变为中性。然后，我们的铝将形成钝化层并受到电解液的保护，并保持这种新的电阻。

施加电流，电池达到一半电阻。现在，反转电流，然后剥去铝并转移到+侧。如果我们中途停止，则会到达两面都含铝的位置，但达到50％时，这不会一次发生，这可能是由于副反应（溶液中还有AlSO4，还有Na [AlOH]）而出现当铝移入/移出电解质时，使我们能够在50％到100％之间调节电阻。

这是一个有趣的副作用。给电池充电时，最终会出现类似二极管的行为。我家单元格中的一个方向将显示为4M欧姆，另一个方向为0欧姆。这可能是由于电池的电池状性质，或者是由于半导体与钝化层和pH梯度之间的相互作用。不管是……可编程二极管，这都是一个有趣的特性。只要电压低于我们的1.66v镀铝阈值，该二极管的性能（以及由此产生的电阻）就看似稳定。

一种想法是使用这种技术来制造忆阻器“二极管”存储器，因为我可以进行+或-调整，并且不受磁场的影响。因此，即使它不是非常精确的忆阻器，它也可以保持某种状态，一旦形成钝化层，并且保持在镀铝电压下，状态可能永远保持不变。

此方法的另一个有趣的副作用是能够“窃听”或向忆阻器添加其他输出引线。这会在一个设备中影响一系列的忆阻器，从而允许分接头处的电压感测确定忆阻器的状态，而无需推动电流通过它。这可能是监视状态甚至创建其他交互的有趣方式。如果二极管的效果像我在操作中看到的那样，则这可能是一种创建可编程NPN与PNP的电解晶体管的方法。

我认为比我自己更聪明的人将能够对此进行数学计算。