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Mobilidade em Sistemas Orgânicos Desordenados

Mobilidade em Sistemas Orgânicos Desordenados. José A. Freire UFPR. Tópicos. semicondutores orgânicos desordenados transporte por hopping o problema da mobilidade modelos mínimos correlação energética conclusão. semicondutores orgânicos. orbitais moleculares p e p *.

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Mobilidade em Sistemas Orgânicos Desordenados

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Presentation Transcript

  1. Mobilidade em Sistemas Orgânicos Desordenados José A. Freire UFPR

  2. Tópicos • semicondutores orgânicos desordenados • transporte por hopping • o problema da mobilidade • modelos mínimos • correlação energética • conclusão

  3. semicondutores orgânicos

  4. orbitais moleculares p e p*

  5. estado amorfo: estados eletrônicos localizados polímeros conjugados moléculas pequenas

  6. mais precisamente... oligômeros de PPy (polypyrrol) V. Rühle, J. Kirkpatrick and D. Andrienko, J. Chem. Phys. (2010)

  7. oligômeros de PPV (polyphenil vinylene) P. Yang et al, Phys. Rev.B (2007)

  8. energia de polarização • P ~ 1,5 eV • 4J ~ 0,01 eV • sP ~ 0,1 eV E.A. Silinsh, phys. stat. sol. (a) (1970)

  9. Tópicos • semicondutores orgânicos desordenados • transporte por hopping • o problema da mobilidade • modelos mínimos • correlação energética • conclusão

  10. taxa de hopping de Miller-Abrahams • acoplamento e-ph fraco • moléculas rígidas A. Miller and E. Abrahams, Phys. Rev. (1960)

  11. taxa de hopping de polaron pequeno • Acoplamento e-ph forte • (não-adiabático) T. Holstein, Ann. Phys. (1959); R.A. Marcus, Ann. Rev. Phys. Chem. (1964)

  12. Tópicos • semicondutores orgânicos desordenados • transporte por hopping • o problema da mobilidade • o modelo da desordem Gaussiana • correlação energética • conclusão

  13. experimento de tempo-de-voo

  14. polímeros dopados TNF em PVK TAPC em policarbonato W.D. Gill, J. Appl. Phys. (1972) P.M. Borsenberger et al, J. Chem. Phys. (1991)

  15. moléculas TAPC p-pEFTP P.M. Borsenberger et al, J. Chem. Phys. (1991) M. Van der Auweraer et al, J. Phys. Chem. (1993)

  16. polímeros conjugados spirobifluorene homopolymer PVK D.M. Pai, J. Chem. Phys. (1970) F. Laquai, G. Wegner and H. Bässler, Phil. Trans. R. Soc. A (2007)

  17. Tópicos • semicondutores orgânicos desordenados • transporte por hopping • o problema da mobilidade • modelos mínimos • correlação energética • conclusão

  18. ingredientes básicos • rede de sítios • desordem energética • desordem posicional • taxa de hopping • equação mestra

  19. contribuições passadas SC inorgânico cristalino dopado B.I. Shklovskii and A.L. Efros, Electronic Properties of Doped Semiconductors (1984); H. Böttger and V.V. Bryksin, Hopping Conduction in Solids (1985)

  20. condutividade em SC inorgânicos dopados (1960 – 1970) • rede de resistores aleatórios [Miller-Abrahams (1960)] • variable range hopping [Mott (1968)] • percolação-R e percolação-Re[Ambegaokar, Halperin and Langer (1971); Shklovskii and Efros (1971)] • teoria do meio efetivo [Kirckpatrick (1971)] • Coulomb gap [Pollak(1970); Efros and Shklovskii (1975)]

  21. o modelo da desordem Gaussiana (GDM) • rede regular de sítios • distribuição Gaussiana de energias ei (s) • distribuição Gaussiana de li´s (S) • taxa de hopping de Miller-Abrahams H. Bässler, phys. stat. sol. (b) (1981, 1993)

  22. resultados do GDM P.M. Borsenberger et al, J. Chem. Phys. (1991); H. Bässler, phys. stat. sol. (b) (1993)

  23. Tópicos • semicondutores orgânicos desordenados • transporte por hopping • o problema da mobilidade • modelos mínimos • correlação energética • conclusão

  24. correlação de curto alcance Y.N. Garstein and E.M. Conwell, Chem. Phys. Lett. (1995) C. Tonezer and J.A. Freire, J. Chem. Phys. (2007)

  25. dipolos elétricos permanentes (ou contra-íons) D.H. Dunlap et al, Phys. Rev. Lett. (1996)

  26. mobilidade S.V. Novikov et al, Phys. Rev. Lett. (1998)

  27. rd3=0,1 rd3=0,8 rd3=0,002 dipolos elétricos induzidos JAF and C. Tonezer, J. Chem. Phys. (2009)

  28. S.V. Novikov et al, Phys. Rev. Lett. (1998) mobilidade C. Tonezer and JAF, J. Chem. Phys. (2010)

  29. conclusão • correlação energética é essencial para o GDM reproduzir o m(E) observado • 2 mecanismos físicos: • correlação de longo alcance: interação com dipolos permanentes ou contra-íons • correlação de curto alcance: interação com dipolos induzidos

  30. modelos microscópicos • trabalhos Andrienko V. Rühle, J. Kirkpatrick and D. Andrienko, J. Chem. Phys. (2010)

  31. modelos microscópicos • efeitos da morfologia nas integrais de hopping, Jij, são bem descritos • difícil incluir efeitos eletrostáticos (dipolos, contra-íons, etc.) • não reproduz m ~ exp(√E)

  32. outros projetos • epol em modelos microscópicos para moléculas (Raphael Tromer)

  33. outros projetos • epol em polímeros (Joniel dos Santos)

  34. outros projetos • mobilidade de buracos em polieletrólitos depende fortemente do sinal da carga do íon “livre” (Cristiano Woellner) A. Garcia et al, J. Phys. Chem. C (2010)

  35. agradecimentos • CNPq • INEO – Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica

  36. Correlação de Curto Alcance C. Tonezer and J.A. Freire, J. Chem. Phys. (2007)

  37. Cálculo Direto do Tempo-de-Vôo J.A. Freire, Phys. Rev. B (2005)

  38. Excitons • Excitons localizados • Eb ~ 0.5 eV • S1-T1 ~ 0.3 eV • D, sD<P, sP

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