[论文解读] 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)|Sep 27, 2019

Advanced Memory and Neural Computing参考文献 8被引用 4

一句话总结

本文反驳了王等人提出的观点，即通过磁芯的载流导线构成一个'真正的忆阻器'（Φ-忆阻器）。作者证明，该模型基于错误的磁化动力学，无法再现真实铁磁材料中的滞后行为，与实验曲线矛盾，并且在一项新提出的基于电荷恢复的忆阻器测试中失败，从而证明该器件仅是一个具有记忆特性的电感器。

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.

研究动机与目标

• 挑战王等人提出的观点，即通过磁芯的载流导线构成真正的忆阻器。
• 揭示Φ-忆阻器提案中所用磁化动力学模型的根本性错误。
• 展示理论预测与原始论文中呈现的实验曲线之间的不一致。
• 验证该器件未能通过最近提出的基于电荷恢复与状态复原的忆阻器测试。
• 重申该系统应正确归类为忆感性系统（具有记忆的电感器），而非忆阻器。

提出的方法

• 分析所提出的磁化动力学方程 m(t) = tanh[q(t)/S_W + C]，该方程错误地将磁化描述为电荷的函数，而非磁场的函数。
• 将模型预测的磁化滞后回线与实际铁磁/亚铁磁材料的磁滞曲线进行比较，揭示其缺乏真正的磁滞特性。
• 使用推导出的电压方程 V(t) = (μ₀SM_S/S_W)sech²(...)I(t) 重现电压响应，并表明其无法匹配原始论文中的实验曲线。
• 识别出'负忆阻器'模拟器设计中的不一致之处，特别是缺少连接以及未解释的负电阻器。
• 应用基于电荷恢复测试的 gedanken 实验，表明Φ-忆阻器在完成一个完整周期后无法返回初始状态。
• 使用三角形电压脉冲说明：在该模型下，磁化反转是不可逆的，违反了忆阻器行为的核心条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 Φ-忆阻器模型是否正确描述了真实磁性材料的磁滞磁化动力学？
• RQ2 从模型推导出的理论电压响应是否能再现原始论文中呈现的实验曲线？
• RQ3 Φ-忆阻器是否满足基于电荷恢复与状态复原的最新忆阻器测试？
• RQ4 '负忆阻器'模拟器设计在技术上是否合理且物理上一致？
• RQ5 通过磁芯的载流导线的真实电气分类是什么？

主要发现

• 该模型的磁化动力学方程 m(t) = tanh[q(t)/S_W + C] 无法捕捉真实铁磁和亚铁磁材料的磁滞行为，因为其始终不允许磁化低于初始值。
• 使用 V(t) = (μ₀SM_S/S_W)sech²(...)I(t) 预测的电压响应无法匹配原始论文中的实验曲线，特别是在电压峰值出现的时间点上存在偏差。
• 作者无法使用解析电压方程复现原始论文的图5，表明数据呈现中可能存在未记录的修改或错误。
• '负忆阻器'模拟器设计不完整，测量端子与开关电阻器之间缺乏正确连接，且在无有源元件的情况下使用负电阻器在物理上缺乏依据。
• Φ-忆阻器在电荷恢复测试中失败：在经历一个完全放电电容的三角形电压脉冲后，由于磁化开关不可逆，器件无法返回初始电阻状态。
• 该器件应正确归类为忆感性系统（具有记忆的电感器），而非忆阻器，这与作者及Chua此前的研究一致。