Estudo de propriedades elétricas em estruturas auto-organizadas de pontos quânticos de carbono

Abstract

O avanço contínuo das tecnologias de computação intensifica a demanda por arquiteturas mais eficientes de processamento e armazenamento de dados, como a Computação Neuro mórfica, que busca superar o gargalo de velocidade e eficiência energética do modelo Von Neumann por meio da integração de processamento e armazenamento de dados. Neste cenário, o memristor assume um papel crucial ao fornecer a resistência não-linear de memória essencial para o desenvolvimento de componentes neuromórficos. Este trabalho concentra-se na investigação das propriedades elétricas e do comportamento memristivo de um material auto-organizada de interesse em estado inicial de estudo: Estruturas Auto Organizadas de Pontos Quânticos de Carbono (SA-CDots). A fabricação das SA-CDots foi realizada por evaporação induzida a 10 oC de uma dispersão de CDots sintetizados por eletroesfoliação de grafite. As análises iniciais revelaram uma morfologia filamentar, ramificada e descontínua no agregado, cuja formação está intimamente ligada à dinâmica de fluxo e agregação por difusão limitada sob evaporação. A caracterização óptica da dispersão sugeriu a presença de grupos funcionais oxigenados na superfície das nanopartí culas. Foi confirmada a presença de histerese eletrônica em curvas i x V , característica do comportamento memristivo da estrutura. Foi possível determinar a melhor configuração emtermos de intensidade de histerese. Com o estudo das propriedades elétricas da amostra, observou-se uma transição de condução do regime ôhmico para a Corrente Limitada por Carga Espacial (SCLC), que, juntamente com a presença da Emissão de Poole-Frenkel, evidencia a importância das armadilhas e das barreiras de potencial no comportamento condutivo do sistema. Foi possível evidenciar o efeito de "nanobateria" na amostra, evi denciando acúmulo de carga na amostra. Deste modo, a amostra de SA-CDots estudada apresenta um comportamento elétrico interessante, dependente de sua morfologia. Neste contexto, as SA-CDots apresentam comportamento elétrico promissor para a aplicação em tecnologias emergentes, assim como um conjunto de propriedades elétricas complexas.

The continuous advancement of computing technologies intensifies the demand for more ef f icient data processing and storage architectures, such as Neuromorphic Computing, which seeks to overcome the speed and energy efficiency bottleneck of the Von Neumann model through the integration of processing and data storage. In this scenario, the memristor assumes a crucial role by providing the essential non-linear memory resistance for the development of neuromorphic components. This work focuses on investigating the electri cal properties and the memristive behavior of a self-assembled material of interest in an initial state of study: Self-Assembled Carbon Quantum Dots Structures (SA-CDots). The fabrication of SA-CDots was carried out by evaporation induced at 10ôC of a CDots dis persion synthesized via graphite electro-exfoliation. Initial analyses revealed a filamentary, branched, and discontinuous morphology in the aggregate, whose formation is intimately linked to the dynamics of fluid flow and diffusion-limited aggregation under evaporation. Optical characterization of the dispersion suggested the presence of oxygenated functional groups on the surface of the nanoparticles. The presence of electronic hysteresis in i x V curves was confirmed, which is characteristic of the structure’s memristive behavior. It was possible to determine the best configuration in terms of hysteresis intensity. With the study of the sample’s electrical properties, a conduction transition was observed from the ohmic regime to Space Charge Limited Current (SCLC), which, alongside the presence of Poole-Frenkel Emission, evidences the importance of traps and potential barriers in the system’s conductive behavior. It was also possible to demonstrate the "nanobattery" effect in the sample, indicating charge accumulation.Thus, the studied SA-CDots sample exhibits an interesting electrical behavior that is dependent on its morphology. In this context, SA-CDots present a promising electrical behavior for application in emerging technologies, as well as a complex set of electrical properties.