Formalismo quaterniônico aplicado ao transporte balístico e de cotunelamento em moléculas orgânicas

Abstract

A eletronica molecular, que aparece como uma alternativa promissora a tecnologia de semicondutores inorganicos, baseia se no uso de moleculas organicas como elementosprimarios dos circuitos eletronicos. Do ponto de vista cientifico, faz se necessario primeiramente entender os mecanismos responsaveis pelo transporte de carga atraves de uma única molecula posicionada entre dois eletrodos. O conhecimento atual nos permite classificar dois tipos de mecanismos de transporte: processos coerentes (ou balisticos) e incoerentes (ou transporte nao balistico). No entanto, como recentemente relatado na literatura, existe tambem a possibilidade desses dois mecanismos de transporte coexistirem. Nesse regime intermediario, os formalismos existentes para a descricao do transporte balistico e não balistico tornam-se inadequados para a descricao correta do problema. No presente rabalho, nossa proposta e utilizar a algebra dos quaternions para desenvolver um formalismo que permita determinar de forma separada as contribuicoes dos mecanismos balisticos e nao balisticos. Nesse tratamento, o transporte envolveria apenas a modificacao elastica da estrutura eletronica dos estados de carga envolvidos da molecula, desprezando quaisquer interacoes com os modos vibracionais; nessas condicoes, esse processo incoerente e chamado de cotunelamento elastico. O formalismo quaternionico foi utilizado para estudar o transporte de cargas em duas familias de moleculas: alcanos H2nCnS2, com (n = 2, 4, 6, 8, 10) e alquenos HkCkS2, com (k = 4, 6, 8, 10). A molecula de fenilenodiaminobistiol tambem foi examinada. Para a familia dos alcanos, os resultados mostraram que o mecanismo balístico domina o transporte em baixas tensoes, enquanto em altas voltagens o mecanismo de cotunelamento se torna o mais relevante, como evidenciado pelas correspondentes curvas de condutancia. Por outro lado, para os alcenos, verifica-se que, em todas as tensoes, o mecanismo de transporte dominante e o balistico, com a contribuicao dos processos de cotunelamento sendo praticamente nula. A evolucao da estrutura eletronica com a variacao da tensao aplicada pode ser diretamente relacionada as diferencas observadas nas respostas eletricas das duas familias. Foi tambem demosntrado que os efeitos quânticos de “avoided-crossings”, ou cruzamentos evitados, aparecem como muito relevantes para a compreensao da contribuicao dos processos de cotunelamento, um assunto que nao costuma ser devidamente discutido na literatura.