Mobilidade em Sistemas Orgânicos Desordenados

Apresentação em tema: "Mobilidade em Sistemas Orgânicos Desordenados"— Transcrição da apresentação:

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
Brutting: Fig 2, pag. 4 Moleculas pequenas: depositada da fase gasosa por evaporação ou sublimação Polimeros: depositados da solução por spin coating ou casting

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)

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

19 ingredientes básicos rede de sítios desordem energética
desordem posicional taxa de hopping equação mestra

20 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)

21 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)]

22 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)

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

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

25 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)

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

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

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

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

30 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

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

32 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)

33 outros projetos epol em modelos microscópicos para moléculas (Raphael Tromer)

34 outros projetos epol em polímeros (Joniel dos Santos)

35 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)

36 agradecimentos CNPq INEO – Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica

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

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

40 Excitons Excitons localizados Eb ~ 0.5 eV S1-T1 ~ 0.3 eV
D, sD < P, sP Brutting: Fig 1, pg 3