Simulación Molecular de la Transferencia Electrónica en Moléculas Orgánicas Ensambladas en Electrodos de Au para el Diseño de Nuevas Nanomateriales Electrónicos.

publicaciones

MC LILIA EUGENIA SERRATO VILLEGAS

 

Resumen

En la industria electrónica, la reducción en la escala de los componentes electrónicos ha favorecido la creación de tecnologías más eficientes y con mayor capacidad. El incremento en la capacidad de dispositivos como las computadoras y los teléfonos celulares se debe esencialmente a la integración de un número mayor de componentes en un mismo circuito. Sin embargo, la tecnología utilizada para integrar millones de componentes electrónicos en pequeños circuitos electrónicos se enfrenta actualmente a límites fundamentales. La demanda de sistemas electrónicos cada vez más pequeños hace necesaria la búsqueda de dispositivos que sean capaces de trabajar a nivel molecular. En este sentido, una de las opciones en el campo de la miniaturización de circuitos electrónicos, es la utilización de moléculas individuales o moléculas ordenadas que puedan funcionar como dispositivos electrónicos funcionales: transistores, diodos, cable molecular y celdas fotovoltaicas orgánicas.

El estudio de la transferencia electrónica en la nanoescala, utilizando moléculas orgánicas ancladas en electrodos, permitirá diseñar nuevas dispositivos nanoelectrónicos que complementen y sustituyan la tecnología de semiconductores de óxidos metálicos (CMOS).

Un dispositivo nanoelectrónico está formado por un sistema típico constituido por una molécula conectada entre dos electrodos (usualmente oro) y entonces se le aplica un campo eléctrico a lo largo de la longitud de la molécula. El flujo total de corriente ocurre a través de dos regímenes, la interfaz electrodo-molécula y la molécula misma.

Las moléculas orgánicas conjugadas ofrecen excelentes ventajas para el diseño de nuevas dispositivos nanoelectrónicos, y pueden ser utilizadas como candidatos para la construcción de estos dispositivos, si presentan interrupción molecular y característica no-lineales I-V tal como resistencia negativa diferencial (NDR).

En este trabajo se realiza un estudio de simulación molecular computacional en el que se investigan las propiedades de transferencia electrónica de moléculas orgánicas  (oligofeniletinilo, n-metil-oligoanilina y fenil-etinil-bitiofeno) en electrodos de oro, para su posible uso como dispositivos nanoelectrónicos.

Para realizar el estudio se han utilizado dos metodologías. La primera metodología es un enfoque estático en el que se estudian las propiedades geométricas y electrónicas de la molécula al aplicarle un campo eléctrico con los extremes dela molécula (grupos tiolatos) fijos. La segunda metodología consiste en un enfoque dinámico en el que se emplea el formalismo de funciones de no-equilibrio de Green combinado con la Teoría de Funciones de la Densidad (NEGF-DFT) para obtener las características corriente-voltaje y la influencia del voltaje sobre el espectro de transmisión. El objetivo de este estudio es elucidar el transporte electrónico de los sistemas propuestos para determinar si el comportamiento tipo NDR está presente en la molécula o presenta otras características no lineales de voltaje-corriente que puedan ayudar en el diseño de nuevas dispositivos nanoelectrónicos.

Con el empleo de estas metodologías se pudo concluir que para el caso del oligofeniletileno se presentan varios canales de transmisión, pero el orbital LUMO es el principal canal que contribuye a la corriente; además esta molécula presenta índices de rectificación mayores a la unidad. Para la molécula con tiofeno se observó un transporte electrónico a través de los orbitales desocupados y presenta características no lineales en su curva I-V para valores superiores a -0.9 V. Para el sistema con oligoanilia, el espectro de transmisión muestra un pico amplio, que abarca a los orbitales HOMO y HOM0-1, cercano al nivel de fermi, que pudiera indicar que el transporte electrónico es por los orbitales ocupados, pero no es apoyado por la distribución de los orbitales moleculares al aplicarse un campo eléctrico. La curva I-V para la oligoanilina presenta un comportamiento NDR, a valores mayores a ±0.5V, únicamente con representaciones del electrodo de oro mayores a 2×3 (lo que resulta en mayor número de átomos de contacto y mayor sección transversal del electrodo).

En este estudio también se observó que la introducción de átomos de flúor en las moléculas orgánicas, no altero las curvas I-V, mas sin embargo la introducción de átomos de flúor en moléculas orgánicas, crea sistemas más estables para la formación de monocapas auto­ ensambladas en electrodos metálicos a altas temperatura. (Evita la destrucción de la monocapa).

Con base en los resultados anteriormente descritos podemos argumentar que los sistemas estudiados presentaron características electrónicas que pueden ser útiles para la construcción de dispositivos nanoelectrónicos.

 

Simulación Molecular de la Transferencia Electrónica en Moléculas Orgánicas Ensambladas en Electrodos de Au para el Diseño de Nuevas Nanomateriales Electrónicos.


COMPARTE