SBT忆阻器实物元件的建模及其在混沌电路中的应用

The memristor and memristive chaotic circuit became a research hotspot in recent years. To solve the technical bottlenecks of the memristor and memristive chaotic circuit, this project studies the modeling of SBT physical memristor components and its application on chaotic circuit. Firstly, according to working mechanism of SBT memristor, the lattice structure of SBT nanometer film is changed and the "8" I-V curve parcel area of the SBT memristor is broadened, in order to develop the memristor which can meet the requirement of chaotic circuit from low frequency to high frequency electric signals. Then, according to the measured I-V curve of the SBT memristor, the charge-controlled model and flux-controlled model of SBT physical memristor components are built, under the unified framework, the conversion between the two models of SBT physical memristor components can be realized. Finally, the SBT memristor as the basic circuit component is directly applied to the chaotic circuit. The basic characteristics of the new chaotic circuit system based on SBT physical memristor components is researched, in order to explore a series of original results. The project is frontier, fundamental and practical. The completion of the project can not only enrich the related theory and research method, but also provide important theoretical basis for the application of physical memristor components on chaotic circuit.

忆阻器及其忆阻混沌电路研究是近年来的一个研究热点，本项目针对忆阻器以及忆阻混沌电路的技术瓶颈和发展趋势，重点围绕SBT忆阻器实物元件的建模及其在混沌电路中的应用展开研究。首先，根据SBT忆阻器的工作机理，通过改变SBT纳米薄膜的晶格结构，拓宽SBT忆阻器“8”字型I-V特性曲线包裹区域，研制能够满足从低频到高频电信号下混沌电路需求的忆阻器实物元件；然后，基于SBT忆阻器的实测I-V特性，建立SBT忆阻器实物元件的“荷控模型”和“磁控模型”，在统一框架下实现SBT忆阻器实物元件的两种模型之间的转换；最后，将SBT忆阻器作为基本电路元件直接应用到混沌电路中，研究基于SBT忆阻器实物元件的新型混沌电路系统的基本特点，以期形成一系列原创性成果。本项目是一项具有前沿性、基础性和实用性的研究课题。它的完成，不仅能够丰富相关的理论及研究手段，而且可为实物忆阻器在混沌电路中的应用提供重要的理论依据。

忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，被称为与电阻、电容和电感并列的第四种基本电路元件，于1971年被首次提出，并于2008年由HP实验室首次实现。但目前忆阻器尚未全面实现市场化，已有的研究主要专注于对忆阻器的等效电路模型构建以实现其相应的电路特性，然而这种通过运算放大器、电容、电感等搭建“模拟”的忆阻器（“模拟忆阻器”）都仅仅是“仿真”、“模拟”真正忆阻器元件的某一部分忆阻特性，对忆阻器的本质物理特性研究不完整，无法研究真正的忆阻器作为一个电路元件在电路中的特性，严重阻碍了忆阻器作为第四种基本无源元件在电路中应用的相关研究。基于此背景，本项目重点围绕实物忆阻器及其在混沌电路中的应用展开研究。首先，基于前期研究基础，自主研发了SBT实物忆阻器，根据SBT忆阻器的工作机理，通过改变SBT纳米薄膜的晶格结构，拓宽了SBT忆阻器“8”字型I-V特性曲线包裹区域，满足了较宽频段、多种频率电信号的需求；然后，基于SBT忆阻器的实测I-V特性，建立了SBT忆阻器实物元件的“荷控模型”和“磁控模型”，在统一框架下可以实现两种模型的直接转换。最后，研究了基于SBT忆阻器的新型混沌、超混沌电路系统，对其分岔特性、倍周期窗口、复杂动力学行为进行了分析与刻画。相关成果为实物忆阻器在非线性电路中的应用建立了理论基础。围绕本项目的研究，在国内外著名期刊上发表SCI收录论文10篇，授权国家发明专利7项，并实现两项发明专利的技术转让，转让经费共20万元。培养博士研究生1人，硕士研究生6人，依托本项目的研究成果指导学生参加大学生科技创新大赛，获得“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛“特等奖”。同时，将本项目最新的科研成果植入本科教学，并在全国电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛中获奖。