63ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada

ESTUDO TEÓRICO DE PROPRIEDADES DE TRANSPORTE MOLECULAR DE DERIVADOS DO FULLERENO

Daniela Ribeiro Silva 1 José Luiz Aarestrup Alves 2

1. Departamento de Ciências Naturais - UFSJ 2. Prof. DR./Orientador - Departamento de Ciências Naturais - UFSJ

INTRODUÇÃO:

Anualmente são fabricados dispositivos cada vez menores, mais leves e mais eficientes; isto se deve, em grande parte, ao contínuo avanço da microeletrônica e da nanotecnologia. A eletrônica molecular constitui um campo em que moléculas são utilizadas como elementos de dispositivos eletrônicos tais como fios condutores, chaves, memórias e retificadores. Moléculas têm, então, o potencial de substituir os dispositivos normalmente baseados em silício; dentre as moléculas orgânicas com este potencial estão as derivadas do fullereno (C60 ). O objetivo deste trabalho é a determinação teórica das estruturas atômica e eletrônica e das propriedades de transporte quântico de um série de quatorze fullerenos funcionalizados por L. J. Santos et.al [L J. Santos, et. al, “Synthesis of [60]fullerene derivatives bearing five-membered heterocyclic wings and an investigation of their photophysical kinetic properties”, J. P. P. A: C. 217 (2011) 184–190]. Os fullerenos modificados são obtidos por meio de uma síntese simples e rápida através de uma reação do tipo Bingel, com derivados do malonato contendo tetrazol e oxadiazol, resultando em “asas” com aneis heterocíclicos de cinco membros. A análise dos resultados prevê os comportamentos isolante, condutor e retificador dos diversos derivados.

METODOLOGIA:

Os métodos semi-empíricos de química quântica PM3 e Hückel Estendido são utilizados para os cálculos de geometria equilíbrio e estrutura eletrônica das moléculas, respectivamente. As matrizes de “overlap” e do hamiltoniano das moléculas geradas a partir do método de Hückel são utilizadas para a determinação dos níveis de energia moleculares e nos cálculos do transporte quântico eletrônico molecular. Para estes últimos é utilizado o formalismo de Landauer-Buttiker baseado na função de Green fora do equilíbrio [Datta, S.,”Eletron Transport in Mesoscopic Systems”, Cambridge University Press, Cambridge,1997]. Grupos tiol (-SH) são adicionados às extremidades das moléculas para garantir que, na simulação do transporte, haja um bom acoplamento entre uma molécula e eletrodos de ouro. O modelo de cálculo faz uma representação matricial de um sistema “eletrodo-molécula-eletrodo”, com os diversos canais moleculares de condução eletrônica determinados quanticamente.

RESULTADOS:

Foram obtidas as geometrias de equilíbrio, as densidades de estados, as transmitâncias, as curvas características de corrente e de condutância. Com uma mudança na forma de acoplamento do derivado com os eletrodos as curvas de densidades de estados sofrem alterações, alterando o “gap” HOMO-LUMO. As curvas características de corrente obtidas para uma faixa de voltagem aplicada de -4,0 a 4,0 V, apresentam uma corrente máxima da ordem de 10,0 µA. Os derivados retificadores começam a conduzir a partir da voltagem aplicada de -3,0 V. Alguns derivados apresentam condução de corrente nula para a faixa de voltagem de -2,5 a 2,5 V e possuem curvas simétricas. Outros, apresentam condutância diferente de zero sob voltagem nula. Alguns derivados não conduzem corrente para toda a faixa de voltagem aplicada.

CONCLUSÃO:

Os derivados do fullereno estudados apresentam propriedades de transporte que podem ser de um isolante, de um condutor ou de um retificador dependendo da forma de acoplamento dos contatos, ou seja, um derivado pode passar de isolante a retificador apenas com a mudança das posições dos grupos tiol, passando de disposição simétrica para assimétrica. Estes perfis estão relacionados, também, com o tamanho da funcionalização do fullereno e da presença de átomos tais como, enxofre, oxigênio e nitrogênio.

Palavras-chave: Transporte Quântico, Derivados do Fullereno, Eletrônica Molecular.