Sistema de Submissão de Resumos, I Encontro de Iniciação Científica - 2011 (ENCERRADO)

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Simulações Computacionais de transporte eletrônico em moléculas
Alexandre Reily Rocha, Felipe Rejes de Simoni

Última alteração: 2011-09-08

Resumo


Introdução:

O desenvolvimento computacional vêm crescendo fortemente nas últimas décadas e para suprir esse desenvolvimento precisamos cada vez mais de dispositivos eletrônicos menores e mais potentes.

Um exemplo desses dispositivos eletrônicos é o transistor, que é considerado uma das principais invenções da história moderna, e que tornou possível a nossa entrada na era da informática. Atualmente utiliza-se o silício como  base desse dispositivo, mas estamos chegando ao limite dessa tecnologia quanto às dimensões. Devemos, então pensar em novas formas de construir esses sistemas de forma a diminuir as dimensões sem afetar as funcionalidades do sistema. Uma alternativa seria utilizar moléculas orgânicas como componente ativo desses dispositivos, e para isso devemos encarar esse problema de uma nova maneira, considerando os efeitos quânticos.

Objetivos:

Simular transporte eletrônico em escala molecular incluindo efeitos da mecânica quântica. Para tal foram utilizadas duas abordagens: por meio de um balanceamento de cargas para um sistema fora do equilíbrio e por meio das probabilidades de transmissão de funções de onda incidentes sobre um pontencial de espalhamento.

Metodologia:

Inicialmente estudamos as relações básicas da física quântica juntamente com as ferramentas computacionais e matemáticas necessárias para resolução de problemas simples, como a molécula de hidrogênio ionizada. Isto nos leva ao conceito de níveis quantizados de energia.

Em seguida, fizemos duas abordagens quanto à modelagem de nosso dispositivo, a primeira utilizando equações de transporte que descrevem a taxa de entrada e saída de carga de/para reservatórios de carga passando por um nível molecular. Uma porta externa controla a posição do nível simulando um transistor. Na segunda abordagem fizemos uma relação entre um problema simples de mecânica quântica, um elétron sendo espalhado por três paredes de diferentes potenciais e com diferentes comprimentos. Neste caso se simula um nível molecular e a probabilide de um elétron tunelar para dentro (ou para fora) deste nível. A corrente é determinada a partir da probabilidade do elétron ser transmitido. 

Resultados:

Nossos resultados mostram que o transporte eletrônico ocorre quando um nível quantizado está na janela de potencial aplicado. Antes disso, a corrente tende a ser pequena pois não há níveis disponíveis para a condução. A maneira como a corrente cresce está relacionada ao acoplamento do nível aos reservatórios

Conclusão:

Neste projeto foi possível, por meio de modelos simples, entender o processo de transporte eletrônico em escala molecular, ou seja, através de níveis de energia quantizados acoplados a reservatórios de carga.