Energy structure and charge transport-transfer in molecular wires

Abstract

Μελετάμε θεωρητικά την ενεργειακή δομή και τις ιδιότητες μεταφοράς και μεταβίβασης φορτίου π-συζευγμένων μοριακών συρμάτων, με χρήση παραλλαγών του Προτύπου Ισχυρής Δέσμευσης. Με τον όρο μεταφορά φορτίου εννοείται η χρήση ακροδεκτών και η εφαρμογή εξωτερικής τάσης. Εκκινούμε από μια αναλυτική και αριθμητική μελέτη των φασματικών ιδιοτήτων και της διέλευσης φορτίου σε περιοδικά σύρματα Ισχυρής Δέσμευσης με μια γενικευμένη μονάδα επανάληψης, εστιάζοντας στην επίδραση παραγόντων όπως η ισχύς και η ασυμμετρία της σύζευξης μεταξύ συστήματος και ακροδεκτών στα προφίλ διέλευσης. Στη συνέχεια, η μέθοδος εφαρμόζεται για τη μελέτη ατομικών συρμάτων άνθρακα (ή αλλιώς καρβυνών). Οι καρβύνες είναι η απόλυτη δομή της νανοκλίμακας, έχοντας πάχος μόλις ενός ατόμου άνθρακα, και είναι υποσχόμενες για ηλεκτρονικές εφαρμογές. Δείχνουμε ότι μπορεί να έχουν ωμική, ημιαγωγική ή ανορθωτική συμπεριφορά, ανάλογα με τη δομή τους και τους ακροδέκτες και αναπαράγουμε πειραματικά αποτελέσματα που αφορούν τις καμπύλες ρεύματος-τάσης. Προχωράμε στη μελέτη της ενεργειακής δομής, του εντοπισμού και της μεταφοράς φορτίου σε περιοδικές, ντετερμινιστικές απεριοδικές και τυχαίες δυαδικές ακολουθίες DNA. Η δυνατότητα κατασκευής επιλεγμένων ακολουθιών νουκλεϊκών οξέων παρέχει την ευκαιρία δημιουργίας μοριακών συρμάτων με προσαρμοσμένες ιδιότητες. Εστιάζουμε τη μελέτη μας στη διάδραση μεταξύ της δομής των ακολουθιών και των προαναφερθεισών ιδιοτήτων. Με τον όρο μεταβίβαση φορτίου εννοείται ότι ένας επιπλέον φορέας (οπή ή ηλεκτρόνιο), ο οποίος δημιουργείται ή εισάγεται σε μια συγκεκριμένη θέση, μετακινείται προς προτιμητέες θέσεις. Εστιάζουμε σε πτυχές του φαινομένου όπως το συχνοτικό περιεχόμενο της μεταβίβασης, τις μέσες χρονικά πιθανότητες εύρεσης του φορέα σε κάθε θέση ενός τμήματος DNA και τους καθαρούς μέσους ρυθμούς μεταβίβασης. Εκκινούμε από μικρά τμήματα DNA (αποτελούμενα από ένα, δύο ή τρία ζεύγη βάσεων). Τα αποτελέσματα μας συγκρίνονται με την πιο λεπτομερή, πλην πιο υπολογιστικά κοστοβόρα, μέθοδο Real-Time Time-Dependent Density Functional Theory. Προχωρούμε στη μελέτη διαφόρων κατηγοριών περιοδικών τμημάτων DNA (πολυμερή μονομερών, πολυμερή διμερών, πολυμερή με αυξανόμενη μονάδα επανάληψης). Τέλος συγκρίνουμε τη μεταβίβαση φορτίου σε περιοδικά, ντετερμινιστικά απεριοδικά και τυχαία τμήματα DNA και κάνουμε ορισμένες παρατηρήσεις σε σχέση με τους πειραματικούς ρυθμούς μεταβίβασης φορτίου.