Dispositivos de memória por troca catiônica com base nos cátions bivalentes Cd, Zn e Mg

Abstract

Neste trabalho foram desenvolvidos dispositivos de memória baseados em troca catiônica com propriedades que se assemelham às funções das sinapses cerebrais biológicas. Estas funções são interessantes para aplicações em computação inspiradas no funcionamento do cérebro. Da mesma forma que as interações sinapse-neurotransmissor agem, os dispositivos propostos trocam cátions Mg2+ ou Cd2+ ou Zn2+ ou Cu2+ com filme finos de ZnxCd1-xS (0 = x = 1) e também PMMAy(MgxCd1-xS)z. Com a troca feita por Cu2+ por meio da inserção da amostra em solução de Cu(NO3)2, aumenta sua condutividade elétrica e atividade eletrocatalítica que antes da inserção era altamente resistivo. E, mergulhando numa solução à base de dietilditiocarbamato de Cd a propriedade isolante da camada dos dispositivos de CdS é restabelecida. Esse comportamento é diretamente proporcional ao tempo em que os dispositivos são mergulhados nessas soluções. Assim, para um dispositivo de armazenamento de memória, o ciclo de aumentar e reduzir a condutividade está associado a gravar informações e apagar por meio químico. Os efeitos da troca catiônica foram investigados com medidas contínuas de curvas I vs V e a morfologia e composição foram investigados pelas técnicas de MEV, EDS e XPS. O XPS confirma a troca de cátions no dispositivo e justifica a alteração da resistividade após 30s em solução de Cu(NO3)2 com variações de até 7 ordens de magnitude em amostras de CdS.

Abstract: In this work, memory devices based on cation exchange were developed with properties that resemble the functions of biological synapses that are interesting for applications in computing inspired on the brain. In the same way that synapse-neurotransmitter interacts, the proposed devices exchange cations of Mg2+ or Cd2+ or Zn2+ or Cu2+ with thin films of ZnxCd1-xS (0 = x = 1) and PMMAy(MgxCd1-xS)z. The exchange made by Cu2+ through the insertion of the sample into a Cu(NO3)2 increases the electrical conductivity and electrocatalytic activity of the film. Immersing the sample in a solution based on Cd diethyldithiocarbamate restores the insulating property of the layer of the CdS devices. This behavior is directly proportional to the time the devices are immersed in these solutions. Thus, for a memory storage device, the cycle of increasing and reducing conductivity is associated with recording and erasing information by chemical means. The effects of cation exchange were investigated with continuous measurements of I vs V curves and the morphology and composition by SEM, EDS and XPS techniques. The XPS confirms the exchange of cations in the device and justifies the variations of resistivity after 30s in Cu(NO3)2 solution of 7 orders of magnitude in CdS samples.