Transferência eletrônica em sistemas moleculares

Abstract

O presente trabalho apresenta uma análise teórica do fenômeno de transferência eletrônica (ET) para dois sistemas moleculares. Inicialmente é apresentada uma breve introdução sobre o processo de transferência eletrônica, seguida de uma descrição de seu papel em dispositivos fotovoltaicos orgânicos e poliméricos. Prossegue-se com uma descrição detalhada da teoria usada nesta dissertação e das diferentes técnicas computacionais utilizadas para realizar a propagação temporal de pacotes de onda eletrônicos em sistemas moleculares. Dois modelos físicos são investigados pelo formalismo. No primeiro caso apresenta-se uma análise do fenômeno de transferência eletrônica em um sistema doador-aceitador assistido por ponte: dois átomos de berílio atuam como o par doado-aceitador, para os quais a transferência é intermediada por uma estrutura molecular rígida (cadeia de polietileno) C17H36. Examinou-se as consequência para a transferência dos diferentes comprimentos de ligação que conectam doador e aceitador com a ponte, e a variação do número de unidades de etileno na ponte. Os cálculos demonstram a transição entre a transferência de carácter ôhmico e a super-trânsferência, em acordo com outros formalismos. O segundo modelo de estudo consiste de uma cadeia triatômica dinâmica idealizada para a investigação dos efeitos do movimento iônico sobre a dinâmica eletrônica. Fica evidenciado que em frequências nucleares baixas a dinâmica eletrônica é de carácter adiabático. Em contrapartida, frequências maiores conduzem à efeitos de carácter não adiabático.<br>

Abstract : This work presents a theoretical analysis of the electron transfer process for two types of molecular systems. It begins with a brief introduction about the electron transfer process, which is followed by a discussion about the relevance of the process to the operation of organic and polymeric photovoltaic devices. In the sequence, the relevant theory is explained in detail, particularly the computational methods that are used to time propagate electronic wavepackets in molecular structures. Two physical models are investigated with the formalism. In the first case, the analysis of the electron transfer mechanism is carried for a donor-acceptor system coupled by a bridge: two beryllium atoms act as the donor-acceptor pair, and the electronic transfer takes place through a rigid molecular structure (polyethylene chain) C17H36. The effects caused by changing bond lengths between donor/acceptor sites and the bridge as well as varying the number of ethylene units in the bridge were investigated. The calculations show a transition of the transfer behaviour from ohmic to super-exchange, in accordance with predictions made by different formalisms. The second model system consists of a tri-atomic dynamic chain, which is thought for studying the effects of the ionic motion on the electronic dynamics. The present study shows that the electronic dynamics is adiabatic at low nuclear frequencies whereas at high nuclear frequencies non-adiabatic effects arise.