71年蔡少棠消失的第四器件梗概.docVIP

蔡少棠《忆阻器：消失的第四器件》阅读梗概 （注：本文虽说是“梗概”，但绝大多数部分是对原文的翻译，只有少数部分是自己附加进去的一些解释。） 2008年，一个叫 忆阻器，被称为传统RLC以外的“第四器件”横空出世，其神奇的性能和应用潜景引起了广泛关注。 但是，媒体报道的内容并不足以全面地刻画 忆阻器 的性质，所以，为了尽可能更全面地了解 这神奇的第四器件的性质，我找来了1971年，忆阻器的最早理论预言者 蔡少棠的教授的相关论文阅读。 长长的13页英文论文，对于我来说，是个不小的挑战：语言障碍，复杂的数学证明，高深的电磁学理论。我所拥有的一点基础捉襟见肘，步履艰难。 但是出于兴趣，也出于自己的承诺，所以我还是努力地多次借助电子词典，反复阅读，以求尽可能读懂个大概。 所幸，这篇38年前的论文，不愧是出自大师之手，全文文理清楚，层次分明，所以即便学识浅薄如我者，无法读懂其证明推理，也可以观其要旨，对 忆阻器 有一个轮廓性的了解。 写此文，心中实在忐忑不安，如上所述，限于笔者水平有限，所以虽然经过多番努力，但仍然难免有错，同时也因无法读通全文，所以肯定不全面。 只求抛砖引玉，让更多的人来关注这个神奇(但已经实际在研究的的属于不远的将来的器件。也希望让更多水平更高的朋友指正，让我们更深一步地了解它！ 以下是梗概正文： 首先介绍一下论文的结构： 第一部分：属于对摘要的进一步扩充，同时对全文的主要内容作了一番简要说明。 第二部分：介绍了预言忆阻器和定义的电磁学背景，（因为当时没有发现纯自然存在的忆阻器），同时完整地展示了相应的转换器并给出了验证过程的详细。 第三部分：这一部分（还有第四，五部分）是全文的重难点，首先给出了 忆阻器的阻抗特性方程，然后理论预言了忆阻器的几个性质，每一个都给出了很详尽的证明。 第四部分：仿照用麦克斯韦方程对RLC的电磁特性解释，作者试图同样用麦克斯韦方程的准静态式给忆阻器一个电磁解释。 第五部分：举了三个例子，说明了忆阻器可能的一些新颖的应用领域。 这三部分是全文的重难点，其中对于每一个内容都有完整的公式推导和证明，可惜，这也正是让笔者头皮发麻的地方，同时，也出于本梗概“介绍型”和抛砖引玉的定位，笔者只能观其要旨，并把它们展现出来，至于完整的证明和推导过程，只能请感兴趣的读者去阅读原文了。 第六部分：对全文的总结和对忆阻器存在，应用等方面的展望。 以下是各部分的主要内容： 第一部分 介绍 这篇文章展示了一种叫作 忆阻器(记忆电阻器的简称) 的新型二端电子器件存在的逻辑和科学基础，它完全可以像电阻，电容，电感那样，作为一个基本的元器件。 尽管 忆阻器 作为一种无需外部供电的物理实体器件仍然未被发现，但是在论文的第二部分，将会展示它在实验室里的一个有源电路实现形式。 忆阻器具有许多有趣的性能，其中最重要的应该要算是其物理实体器件存在性的基本电路性能——也就是它的无源性，这些将会在论文第三部分做一个扩展。 在第四部分，我们将会利用麦克斯韦方程的准静态延伸式对 忆阻器 在电磁场里的性能作一番解释。 最后，在第五部分，将会展示忆阻器的一些新颖的应用。 第二部分 忆阻器——第四器件 首先说明了为什么会从理论上预测忆阻器的原因： 电磁学具有四个基本量：电荷q，电压u，电流i，磁链（磁通）。任意取其中两个量可以定义六个关系式，其中五个已经为我们熟知，分别是： 电流的定义： 电压的定义： 另外三个分别定义了电路中常见的三种无源器件R,L,C，分别： 电阻 R 由电压和电流的比值定义； 电容 C 由电压和电荷的比值定义； 电感 L 由磁通和电流的比值定义。 唯独还漏了一组关系式，那就是 磁通 和 电荷q 。作者认为，毫无疑问地，有必要从这个比值出发定义一个假设的第四器件。而这也就是本文论述的 忆阻器，这么命名是因为从下文我们可以看到，它看起来多少像一个带记忆的非线性电阻。 然后，作者给出了三种转换器，分别是M-R,M-L,M-C转换器，再分别接上一个对应的非线性电阻，电容，电感，则可以把相应的-q特征曲线转换成相应的u-i特征曲线（对于M-R的非线性电阻，对M-L,M-C则是相应的-i曲线，q-v曲线）。 接着论文给出了一张表，分别列举了以上三种转换器的两种受控源电路模型，借由这些模拟电路，只要针对特定的-q特征曲线，选择具有相应u-i特征曲线的非线性电阻（这里以M-R为例，事实上，本文也是以它为例展开的，作者只做了M-R的模拟电路。），就可以很轻易地实现忆阻器的模拟。所以，文章还附上了一幅具体的M-R转换器的电路。(图Fig.2) 为了验证该转换电路真的可以实现忆阻器的功能，需要做一个示踪器来检验。（附图Fig.3也在文章中。） 图Fig.4的三组图（对应不同的-q特征曲线），