Retificadores moleculares: transferência autoconsistente de elétrons em sistemas doadoraceitador

Abstract

Através de cálculos ab initio Hartree-Fock e com base na teoria do funcional densidade, esta dissertação consiste em um estudo teórico sobre os efeitos do campo elétrico na estrutura eletrônica de um sistema molecular do tipo doador - ponte saturada - aceitador, como parte de uma avaliação mais completa de moléculas que possam servir como dispositivos retificadores moleculares. O sistema analisado foi a 2-amino-5-(3-mercapto-5-nitrobenzil)benzenotiol, uma molécula formada por dois anéis benzeno possuindo um grupo funcional doador (amino) e um grupo funcional aceitador (nitrobenzeno), unidos por uma ponte constituída por metileno. Inicialmente investigamos possíveis alterações nas posições dos níveis de energia e na localização espacial dos orbitais moleculares de fronteira em função da intensidade do campo elétrico externo aplicado. A compreensão, ainda que qualitativa, de tais alterações é condição necessária para o entendimento do transporte de elétrons pela molécula. Nossos resultados mostram que tanto a localização dos orbitais de fronteira quanto a posição dos níveis de energia sofrem mudanças significativas, com o cruzamento de níveis levando a efeitos importantes como a inversão na localização espacial. Uma vez melhor entendido o comportamento da molécula na presença de um campo elétrico externo, se tornou possível a obtenção de expressões para descrever a corrente elétrica e a condutância do sistema quando conectado a dois eletrodos metálicos. A corrente resulta da probabilidade conjunta de três eventos distintos (transferência eletrodo 1 - molécula; transferência intramolecular; transferência molécula - eletrodo 2) e, devido µa assimetria intrínseca da molécula, um perfil de retificação deveria ser esperado na curva externa versus corrente. Isso foi de fato observado e, em adição, efeitos de resistência diferencial negativa (NDR) se fizeram presentes