[논문 리뷰] Comment on "$Φ$ memristor: Real memristor found" by F. Z. Wang, L. Li, L. Shi, H. Wu, and L. O. Chua [J. Appl. Phys. 125, 054504 (2019)]

Yuriy V. Pershin, Massimiliano Di Ventra|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 27.

Advanced Memory and Neural Computing참고 문헌 8인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 왕 등이 제기한 주장, 즉 자기핵을 통과하는 전류를 지닌 도체가 '실제 멤리스터'(Φ-멤리스터)를 구성한다는 주장을 반박한다. 저자들은 제안된 모델이 잘못된 자화 역학을 기반으로 하며, 실제 페로자성 물질에서 관찰되는 히스테리시스 행동을 재현하지 못하고 실험 곡선과 모순되며, 최근 제안된 전하 복구 기반 멤리스터 테스트를 통과하지 못함으로써 이 장치가 단지 기억 기능이 있는 인덕터일 뿐임을 입증한다.

ABSTRACT

Wang et al. claim [J. Appl. Phys. 125, 054504 (2019)] that a current-carrying wire interacting with a magnetic core represents a memristor. Here, we demonstrate that this claim is false. We first show that such memristor "discovery" is based on incorrect physics, which does not even capture basic properties of magnetic core materials, such as their magnetic hysteresis. Moreover, the predictions of Wang et al.'s model contradict the experimental curves presented in their paper. Additionally, the theoretical pinched hysteresis loops presented by Wang et al. can not be reproduced if their model is used, and there are serious flaws in their "negative memristor" emulator design. Finally, a simple gedanken experiment shows that the proposed $Φ$-memristor would fail the memristor test we recently suggested in J. Phys. D: Appl. Phys. 52, 01LT01 (2019). The device "discovered" by Wang et al. is just an inductor with memory.

연구 동기 및 목표

• 왕 등이 제기한 주장, 즉 자기핵을 통과하는 전류를 지닌 도체가 진정한 멤리스터를 구성한다는 것을 도전한다.
• Φ-멤리스터 제안에서 사용된 자화 역학 모델의 근본적인 오류를 드러낸다.
• 원본 논문에서 제시된 이론적 예측과 실험 곡선 간의 일관성 부족을 입증한다.
• 최근 제안된 전하 복구 및 상태 복귀 기반 멤리스터 테스트를 통과하지 못함을 검증한다.
• 이 시스템은 정확히 '멤인덕티브 시스템'(기억 기능이 있는 인덕터)으로 분류되어야 하며, 멤리스터가 아니라는 점을 재확인한다.

제안 방법

• 전하의 기능으로 자화를 모델링하는 데 잘못된 방식을 취하는, 제안된 자화 역학 방정식 m(t) = tanh[q(t)/S_W + C] 분석. 이는 자화를 자기장이 아닌 전하의 기능으로 모델링한다.
• 모델에서 예측된 히스테리시스 자화 루프를 실제 페로자성/거시자성 물질의 히스테리시스 곡선과 비교하여 진정한 히스테리시스가 존재하지 않음을 확인한다.
• 유도된 방정식 V(t) = (μ₀SM_S/S_W)sech²(...)I(t)를 사용하여 전압 반응을 재현하고, 원본 논문의 실험 곡선과의 불일치를 입증한다.
• 특히 측정 단자 간 연결 부족과 설명되지 않은 음의 저항기 사용으로 인해 '음의 멤리스터' 에뮬레이터 설계에 모순이 있음을 밝힌다.
• 멤리스터를 위한 전하 복구 테스트를 바탕으로 한 가상 실험(지적 실험)을 적용하여, Φ-멤리스터가 전체 사이클 후에도 초기 상태로 돌아오지 못함을 보여준다.
• 삼각파형 전압 펄스를 사용하여, 모델 하에서 자화 전환이 불가역적임을 입증하고, 멤리스터 행동의 핵심 조건을 위반함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Φ-멤리스터 모델은 실제 자기 물질의 히스테리시스 자화 역학을 올바르게 기술하는가?
• RQ2 이론적으로 유도된 전압 반응이 원본 논문에서 제시된 실험 곡선을 재현할 수 있는가?
• RQ3 Φ-멤리스터는 최근 제안된 전하 복구 및 상태 복귀 기반 멤리스터 테스트를 통과하는가?
• RQ4 '음의 멤리스터' 에뮬레이터 설계는 기술적으로 타당하고 물리적으로 일관된가?
• RQ5 전류를 지닌 도체가 자기핵을 통과하는 장치의 진정한 전기적 분류는 무엇인가?

주요 결과

• 모델의 자화 역학 방정식 m(t) = tanh[q(t)/S_W + C]는 실제 페로자성 및 거시자성 물질의 히스테리시스 행동을 포착하지 못한다. 이는 자화가 초기 값 이하로 떨어지는 것을 허용하지 않기 때문이다.
• V(t) = (μ₀SM_S/S_W)sech²(...)I(t)를 사용하여 유도된 전압 반응은 원본 논문의 실험 곡선과 일치하지 않으며, 특히 전압 피크의 시점에서 불일치가 뚜렷하다.
• 원본 논문의 그림 5를 분석적 전압 방정식을 사용해 재현할 수 없으며, 이는 데이터 제시 시 비공식적 수정 또는 오류가 있음을 시사한다.
• '음의 멤리스터' 에뮬레이터 설계는 불완전하며, 측정 단자 간 연결 및 스위칭 저항기 연결이 부족하고, 활성 부품 없이 음의 저항기를 사용하는 것은 물리적으로 정당화되지 않는다.
• Φ-멤리스터는 전하 복구 테스트에 실패한다: 삼각파형 전압 펄스로 커패시터를 완전히 방전시킨 후에도 자화 전환이 불가역적이므로 초기 저항 상태로 돌아오지 못한다.
• 이 장치는 이전에 저자들과 추아가 연구한 바와 같이 '멤인덕티브 시스템'(기억 기능이 있는 인덕터)으로 정확히 분류되어야 하며, 멤리스터가 아니라는 점을 재확인한다.