Uso do Modelo de Holstein-Peierls para o estudo do transporte de carga em cristais de pentatienoaceno

Abstract

O cristal molecular pentatienoaceno é um bom semicondutor orgânico no que tange o transporte de carga, portanto um material promissor para eletrônica orgânica. A chamada eletrônica orgânica traz novas perspectivas a tecnologia ao inserir no mundo científico os semicondutores orgânicos, materiais caracterizados por serem recicláveis, leves, baratos que dependem de recursos abundantes e de eficiência superior aos aparelhos inorgânicos. Os dispositivos optoeletrônicos de destaque para a eletrônica orgânica são os diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs, do inglês Organic Light–Emitting Diodes) e as células fotovoltaicas orgânicas (OPVs, do inglês Organic Photovoltaic). Os cristais moleculares orgânicos são semicondutores de grande relevância, pois são materiais dotados de característic as únicas, como compressibilidade e flexibilidade. Dentre os cristais moleculares, o pentatienoaceno (5TA ou PTA) destaca-se por apresentar estrutura cristalina bem definida e boa estabilidade. Apesar de excelente versatilidade estrutural, os semicondutores orgânicos tem movimento complexo de elétrons. Por isso, o transporte de carga é considerado uma das características mais importantes a ser aprimorada, para assim melhorar o desempenho dos dispositivos. Os responsáveis por caracterizar o transporte de carga nos semicondutores orgânicos são os pólarons: excitações coletivas que causam deformação da rede na presença de carga. Como os cristais moleculares têm graus de liberdade intramolecular e intermolecular, o modelo adequado para analisar o transporte de carga é chamado de Holstein-Peierls, este modelo leva em consideração a influência dos acoplamentos elétron-fônon local e não-local. É inexistente na literatura, uma análise aprofundada sobre as propriedades estacionárias e dinâmicas dos portadores de carga no 5TA, mesmo sendo de grande importância para o desenvolvimento da eletrônica. O objetivo desse trabalho é estudar o transporte de cargas em cristais moleculares de 5TA, levando em consideração a influência dos acoplamentos elétron-fônon intramolecular e intermolecular, usando o modelo semiclássico de Holstein-Peierls. Em relação aos resultados, os parâmetros desempenharam papel importante, pois por meio deles surge a possibilidade de formar quase-partículas (pólarons) estáveis no sistema. A estabilidade do pólaron, medida aqui pela energia de formação, está dentro dos valores esperados para os semicondutores. A região paramétrica de interesse encontrada nos cristais de PTA é a que produz o pólaron estendido de forma estável. Em relação a dinâmica, o movimento do pólaron pode ocorrer para um limiar de campo elétrico que supera o valor padrão de semicondutores cristalinos orgânicos. Além disso, os resultados mostram que o transporte de carga é essencialmente unidimensional em cristais de 5TA.