5、忆阻器及其应用：原理、类型与多领域应用探索

忆阻器及其应用：原理、类型与多领域应用探索

1. 引言

在当今硬件与信息技术高度互联的时代，硬件和软件安全面临着巨大挑战。传统上，互补金属 - 氧化物 - 半导体（CMOS）技术在硬件安全方面有较多发展，但新兴的纳米电子技术为硬件安全概念的提升带来了新机遇。纳米电子器件能制造出高速、低功耗且更耐用的小型计算系统，忆阻技术在安全处理密钥方面表现出优于CMOS技术的潜力，近年来，忆阻器在硬件安全领域的应用逐渐受到关注。

电子学中有电阻器、电容器和电感器三个基本元件，可定义电路中的电流（I）、电荷（q）、电压（V）和磁通量（φ）四个基本变量。电阻器定义电压与电流的关系，电容器定义电荷与电压的关系，电感器定义电流与磁通量的关系，但此前没有元件能定义电荷与磁通量的关系。1971年，Chua教授提出了“忆阻器”这一基本电路元件，其数学表达式为dφ = Mdq，其中M为忆阻器的忆阻，磁通量φ是通过忆阻器的电荷q的函数。由于v = dφ/dt和i = dq/dt，可得v(t) = M × (q(t)) × i(t)，这意味着忆阻器的电阻取决于通过其端子的电荷量，且能记住最后施加的电压或通过的电荷，即使电源断开，其电阻值仍能保留。忆阻器的符号已被广泛接受。

各基本元件与变量的关系如下表所示：
| 序号 | 定义 | 单位 | 关系 |
| — | — | — | — |
| 1 | 电阻（R） | 欧姆 | dv = Rdi |
| 2 | 电感（L） | 亨利 | dφ = Ldi |
| 3 | 电容（C） | 法拉 | dq = Cdv |
| 4 | 电流（i） | 安培 | dq = idt |
| 5 | 电压（v）