Dinâmica de fotogeração de portadores de carga em polímeros conjugados

Abstract

Neste trabalho investigamos a dinâmica dos portadores de carga em polímeros condutores. Especificamente, os mecanismos de fotogeração dos portadores de carga, bem como as transições entre estas quasi-partículas. Estudos dos efeitos de temperatura na dinâmica de fotogeração de portadores de carga livres, na dinâmica das transições de quasi-partículas em polímeros conjugados e na fotoexcitação em cadeias acopladas de condutores orgânicos são descritos. Para tanto, utilizamos uma versão estendida do modelo de Su, Schrieffer e Heeger onde foram incluídos efeitos de temperatura, interações entre cadeias e impurezas. Os efeitos térmicos são incluídos no modelo via equação de Langevin enquanto as interações entre cadeias e impurezas são incluídas por termos tight-binding. A metodologia adotada consistiu de uma abordagem semi-clássica, onde a parte eletrônica do problema é descrita pela equação de Schrödinger e a dinâmica da rede pela equação de Euler Lagrange, onde as partes eletrônicas e da rede evoluem acopladas. Efeitos térmicos na criação de portadores de carga livres são estudados e a independência do tempo de criação desses portadores com a temperatura é obtida. No estudo de transições entre quasi-partículas a transição de pólaron para um par de sólitons carregados é a energeticamente mais favorável em polímeros de simetria trans. Por fim, efeitos de interação entre cadeias mostram-se muito importantes na criação de quasi-partículas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this work it was investigated the charge carrier dynamics of conducting polymers. Specifically, the charge carriers photocreation mechanism, as well as, the transitions between this quasi-particles were studied . Three main fronts were treated: photoexcitation, photoionization and termal effects. Specifically it was possible to study temperature effects on the dynamics of free charge carrier photogeneration, the quasi-particle transition and the photo-excitation in coupled chains of cis symmetry conjugated polymers. In order to do so, it was used an extended version of the model of Su, Schrieffer and Heeger. The model modifications were done to include interaction between chains, temperature effects and impurity perturbation. Thermal effects were included by means of a Langevin equation while interaction between chains and impurity perturbation were included via an empirical tight binding hamiltonian. The adopted methodology consists of a semi-classic procedure of evolving the electronic part of the problem through the Schrodinger equation and the lattice dynamics through an Euler Lagrange equation. It worths to mention that due to the nature of the system, electronic and lattice part were evolved together. As the main results there are the necessity of including thermal effects for the free charge carrier generation. A time independence in charge carrier creation time is also obtained with temperature. Through the transition study it was possible to understand that the transition from a polaron to a soliton pair is energetically more favorable in polymers with trans symmetry. The interchain effects are shown to be very important in quasi-particle creation.