Mobilidade eletrônica em cristais de Bi-rodaminas e seus análogos de enxofre : uma previsão teórica

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2021.Apesar do grande desenvolvimento nas ultimas d ´ ecadas na ´ area de materiais ´ organicos, ainda existe muito a ser estudado, desde propriedades b ˆ asicas at ´ e a fabricac¸ ´ ao˜ eficiente e construc¸ao de novos dispositivos, o que possibilitar ˜ a a fabricac¸ ´ ao em larga ˜ escala e a comercializac¸ao de componentes eletr ˜ onicos com menor custo de produc¸ ˆ ao˜ e mais eficientes, contribuindo para uma reduc¸ao do consumo energ ˜ etico e menor ´ degradac¸ao do meio ambiente com materiais menos poluentes. Com a evoluc¸ ˜ ao do ˜ processo de fabricac¸ao, nos dias atuais j ˜ a´ e poss ´ ´ıvel encontrar uma gama de dispositivos eletronicos que embarcam componentes org ˆ anicos como os OLEDs (Organic ˆ Light Emitting Diodes), que sao os dispositivos de maior avanc¸o e sucesso comercial. ˜ Outros tipos de dispositivos, entretanto, ainda necessitam de muito conhecimento para que possam se tornar uma realidade comercial como OFETs (Organic Field Effect Transistor) e OPVs (Organic Photovoltaic). Para que aplicac¸oes como c ˜ elulas sola- ´ res tenham sucesso, e necess ´ ario que se entenda o funcionamento de propriedades ´ chave de estrutura eletronica como a criac¸ ˆ ao e recombinac¸ ˜ ao de ˜ excitons, ja para ´ OFETs, a mobilidade eletronica exerce um papel fundamental. Quanto maior a mo- ˆ bilidade melhor a chance de aplicac¸oes reais e para que altas mobilidades existam, ˜ outras propriedades apresentam papel fundamental, como o acoplamento eletronico e ˆ a energia de reorganizac¸ao, por exemplo. Pesquisadores reportaram novos materiais ˜ baseados em bi-rodaminas e analogos de enxofre com alta mobilidade eletr ´ onica (0,24 ˆ cm2 V −1s −1 ) e estabilidade na presenc¸a de oxigenio. Neste trabalho realiza-se uma ˆ investigac¸ao te ˜ orica de propriedades eletr ´ onicas utilizando os modelos de ˆ hopping semi-classico de Marcus (SCM) e Marcus-Levich-Jortner (MLJ) em d ´ ´ımeros extra´ıdos da estrutura de raios-X do cristal, onde a maior mobilidade calculada foi de 0,25 cm2 V −1s −1 com o modelo MLJ e 0,03 cm2 V −1s −1 com o modelo SCM para o mesmo exemplo mencionado, mostrando que o modelo MLJ e capaz de prever a mobilidade ´ eletronica com maior concord ˆ ancia com os resultados experimentais que o modelo ˆ SCM. Verificou-se tambem que a relac¸ ´ ao entre acoplamento eletr ˜ onico e mobilidade ˆ nao˜ e necessariamente direta, uma vez que maiores acoplamentos eletr ´ onicos n ˆ ao˜ acarretaram maiores mobilidades nos materiais estudados.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Despite the great development in the last decades in the field of organic materials, there are many properties still to be studied, from basic properties to the efficient manufacture and fabrication of new devices which will enable the large-scale production and commercialization of electronic components at a lower production cost and with higher efficiency, contributing energy consumption reduction and less degradation of the environment with less polluting materials. With the evolution of the manufacturing process nowadays it is possible to find a range of electronic devices that ship organic components such as OLEDs (Organic Light Emitting Diodes), which are the most advanced and commercially successful devices. Other types of devices, however, still need many advances in basic research to achieve commercial success such as OFETs (Organic Field Effect Transistor) and OPVs (Organic Photovoltaic). For applications with OPVs to be successful it is needed to understand the functioning of exciton creation and recombination, whereas for OFETs electronic mobility plays a fundamental role. The greater the mobility, the better the chance of real successful applications, for high electron mobility to exist other properties play a fundamental role such as electronic coupling and reorganization energy for example. Researchers have reported new materials based on bi-rhodanines and sulfur analogues with high electronic mobility (0.24 cm2V −1s −1 ) and stability in the presence of oxygen. This work investigates electronic properties theoretically applying the semi-classical Marcus (SCM) and Marcus-LevichJortner (MLJ) hopping models in dimmers extracted from the crystal x-ray structure. The highest mobility calculated was 0.25 cm2V −1s −1 with the MLJ model and 0.03 cm2V −1s −1 SCM model for the same example mentioned before, showing that the MLJ model is able to predict electronic mobility with greater agreement with experimental results than the SCM model. It was also found that the relationship between electronic coupling and mobility is not necessarily direct, since higher electronic couplings did not lead to greater mobilities in the studied materials