Midiendo orbitales electrónicos

Publicado el Martes, 17 de noviembre de 2009 por MiGUi en Física
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Un paper recientemente publicado en Science arroja nueva luz sobre la densidad electrónica en estados moleculares individuales.
Por primera vez, ha sido posible medir la densidad electrónica en estados moleculares individuales utilizando el efecto fotoeléctrico. Ahora se publica en Science este método clave para construir dispositivos semiconductores orgánicos.

Está siendo financiado por el FWF, y el éxito de este proyecto ha sido la transformación matemática de los datos medidos. Esto hizo posible interpretar la distribución de los electrones y sacar conclusiones acerca de las propiedades potenciales de los elementos semiconductores orgánicos.

El futuro de la tecnología de semiconductores reside en las láminas ultra delgadas hechas de moléculas orgánicas. La razón es que las moléculas orgánicas son extremadamente flexibles y pueden ser utilizadas en una gran variedad de aplicaciones, haciendo posible la creación tanto de pantallas plegables como de células solares. Aunque, aparte de estas aplicaciones cotidianas de los semiconductores orgánicos, la parte más importante es obtener un mayor conocimiento sobre las interacciones entre los materiales orgánicos y las sustancias portadoras inorgánicas. Un equipo de las universidades de Graz y Leoben ha tenido éxito desarrollando un método que hace justamente esto.

Estrechamente compactadas

Las propiedades de una molécula orgánica son definidas en gran parte por estados electrónicos específicos

explica el Dr. Peter Puschnig catedrático de Modelado atómico y diseño de materiales en la Universidad de Loeben,que ha liderado la investigación. Añade:

Si podemos determinar su distribución entre las moléculas con gran precisión, entonces seremos capaces de comprender mejor cómo los componentes semiconductores orgánicos trabajan y por tanto, incrementar su eficicencia.

Hasta ahora, ha existido una carencia de métodos eficaces para medir la distribución electrónica. El Dr. Puschnig y su equipo por tanto han tenido éxito haciendo un progreso significativo.

El logro del equipo se basa en utilizar el efecto fotoeléctrico. Esto permite que los electrones individuales sean “noqueados” de las moléculas orgánicas. Como parte de este proyecto, se expuso una molécula orgánica a luz ultravioleta que emitió suficiente energía para separar los electrones individuales de las moléculas. La dirección y velocidad de los electrones arrancados fue medida usando sensores de gran precisión, generando datos esenciales para calcular la distribución electrónica en la molécula. Como parte del proceso, el Prof. Michael Ramsay y su equipo de la Universidad de Graz utilizó una lámina de exafenil de una sóla molécula de grosor aplicada a una superficie de cobre. El equipo de Graz entonces realizó las medidas en el Berliner Elektronen-Speicherring Gesellschaft für Synchrotronstrahlung (BESSY, Berlin Electron Storage Ring Society for Synchrotron Radiation).

Un resultado calculado

El Dr. Puschnig evaluando los datos dice:

Ha revelado una distribución muy característica de los electrones emitidos. Aunque al principio fue difícil interpretar esta distribución y parecía que sería imposible relacionar los datos medidos con la distribución electrónica original en la molécula.

Pero gracias a la utilización de transformadas de Fourier el equipo fue capaz de establecer que la distribución electrónica coincidía con la de la molécula. Dado que ya se habían hecho los cálculos para esta distribución a partir de la teoría de funciones de densidad, fue posible probar y confirmar la viabilidad del nuevo método.

Este nuevo método es particularmente valioso porque implica que ya podemos medir con gran precisión el comportamiento de los electrones en la interfase entre semiconductores orgánicos y metales. El estudio “Interface controlled and functionalised organic thin films” financiado por el FWF es por tanto una contribución fundamental a las aplicaciones futuras de los semiconductores orgánicos.

Traducido libremente de Measuring Electron Orbitals en PhysOrg.

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