Dinâmica de pólarons em cristais moleculares orgânicos

Abstract

O grande potencial dos semicondutores orgânicos para o desenvolvimento de novos dispositivos optoeletrônicos com bom compromisso entre custo/desempenho vem atraindo de forma crescente o interesse da comunidade científica. Aplicações, tais como diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs, do inglês Organic Light-Emitting Diodes) e células fotovoltaicas orgânicas (OPVs, do inglês Organic Photovoltaic), representam uma evolução tecnológica dispondo de baixo impacto ambiental, baixo custo de produção e propriedade mecânicas de grande relevância (como flexibilidade e espessura fina). O transporte de carga em semicondutores orgânicos é um importante processo na funcionalidade destes dispositivos, de forma que a estabilidade e as propriedades dinâmicas de portadores de carga nos materiais estão diretamente ligadas a performance das aplicações optoeletrônicas. Entender como ocorre e quais fatores influenciam na estabilidade e, consequentemente, na dinâmica dos portadores de carga é um desafio significativo na ciência destes materiais. Nesse sentido, cristais moleculares orgânicos, em especial oligoacenos, têm se mostrado materiais promissores no avanço da eletrônica orgânica. Semicondutores orgânicos, em seu estado puro, são isolantes e dependem de processos de dopagem para se tornarem semicondutores. A partir destes processos de dopagem, a formação de portadores de carga é induzida, sendo um dos mais comuns: o pólaron, onde a adição ou subtração de um elétron polariza localmente o cristal, deformando a rede onde ele se encontra, de modo que a carga adicional e as deformações da rede ficam acopladas. Neste trabalho, a estabilidade e dinâmica de pólarons em oligoacenos são investigadas numericamente sob influência de campo elétrico externo, anisotropia, desordem e temperatura. Sendo o objetivo principal do trabalho estudar a estabilidade e dinâmica de pólarons em cristais uni e bidimensionais de naftaleno, antraceno, pentaceno, tetraceno e rubreno. Para realização desse estudo foi utilizado um modelo semi-empírico que leva em consideração as interações intra e intermoleculares, chamado Holstein-Peierls. Os resultados obtidos sugerem, dentre outras conclusões, que o pólaron tem sua localização afetada com o aumento dos graus de anisotropia, porém não deixa de ser estável e inclusive a dinâmica ocorre, de acordo com este modelo, apenas em sistemas anisotrópicos, sob a influência de campo elétrico externo. A estabilidade também diminui com o aumento da desordem no sistema, que simula efeitos de impurezas e defeitos nos materiais. A estabilidade do portador durante a dinâmica também é substancialmente afetada com o aumento da temperatura.