Estudo de propriedades memoristivas em estruturas auto-organizadas de pontos quânticos de carbono (Cdots)

Abstract

Pontos quânticos de carbono (CQDs) destacam-se entre os nanomateriais carbonáceos devido às suas propriedades ópticas e eletrônicas, enquanto sistemas auto-organizados (SAs) possibilitam a obtenção de arquiteturas funcionais por meio da organização espontânea de seus constituintes. A associação desses materiais apresenta potencial para aplicações em dispositivos optoeletrônicos e de memória resistiva, incluindo sistemas com comportamento memristivo. Foram obtidos SAs de CQDs sobre substratos de silício tipo N por meio da evaporação controlada do solvente, utilizando-se duas concentrações distintas, denominadas B1 e B2, a fim de avaliar a influência da concentração na formação e nas propriedades das estruturas. As caracterizações por microscopia óptica e de fluorescência evidenciaram diferenças morfológicas associadas à concentração dos CQDs, sendo observadas estruturas dendríticas densas e ramificadas e filamentos lineares extensos na amostra B1, enquanto a condição B2 apresentou filamentos mais finos e distribuídos de forma mais homogênea. Em ambas as condições, foi preservada a fotoluminescência característica dos CQDs ao longo das estruturas formadas. A caracterização elétrica da amostra B1, realizada por voltametria cíclica, demonstrou estabilidade ao longo de ciclos sucessivos e a presença de histerese nas curvas de corrente em função do potencial, comportamento relacionado ao aprisionamento e à liberação de portadores de carga em estados localizados. Os resultados demonstram que a concentração dos CQDs exerce influência sobre a organização morfológica dos SAs e evidenciam características ópticas e elétricas compatíveis com o desenvolvimento de estruturas funcionais para aplicações optoeletrônicas e de memória resistiva.

Carbon quantum dots (CQDs) have attracted considerable attention among carbon-based nanomaterials due to their distinctive optical and electronic properties, while self-assembled systems (SAs) enable the formation of functional architectures through the spontaneous organization of their constituents. The combination of these materials shows potential for applications in optoelectronic and resistive memory devices, including systems exhibiting memristive behavior. CQD-based SAs were obtained on n-type silicon substrates by controlled solvent evaporation, using two different concentrations, designated B1 and B2, in order to evaluate the influence of concentration on the formation and properties of the resulting structures. Characterization by optical and fluorescence microscopy revealed morphological differences associated with CQD concentration, with dense and highly branched dendritic structures and extended linear filaments observed in sample B1, whereas condition B2 exhibited thinner filaments with a more homogeneous distribution. In both conditions, the characteristic photoluminescence of the CQDs was preserved throughout the formed structures. Electrical characterization of sample B1 by cyclic voltammetry demonstrated stability over successive cycles and the presence of hysteresis in the current–potential curves, a behavior associated with the trapping and release of charge carriers in localized states. The results demonstrate that CQD concentration influences the morphological organization of the SAs and highlight optical and electrical characteristics compatible with the development of functional structures for optoelectronic and resistive memory applications.