Field-effects on single-molecular circuitry
- Autores: Albert Cortijos Aragonès
- Directores de la Tesis: Fausto Sanz Carrasco (dir. tes.), Ismael Diez Pérez (dir. tes.), Elvira Gómez Valentín (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francesc Mas (presid.), Pilar Cea Mingueza (secret.), Richard Nichols (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Electroquímica. Ciencia y Tecnología
- Materias:
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- Resumen
Inspirado en la idea de que las moléculas individuales serán elementos funcionales de los futuros dispositivos nanoelectrónicos y de Spintronicos, existe un considerable interés en la comprensión del transporte de carga mediante molecules. Para investigar el transporte de carga en dispositivos de molécula única bajo los efectos de los campos de fuerza magnéticos y eléctricos,, se usa la técnica STM-BJ basada en el STM (Microscpio de efcto tunel) diseñado por Xu y Tao en 2003. La tesis se divide en dos partes acorde los dos campso de fuerza usados.
En el primer bloque de la primera parte de la tesis se presenta un estudio realizado a temperatura ambiente basado en el transporte spin-dependiente a través de en una sola molécula empleando complejos metálicos del tipo spin-crossover. Aquí se muestra que el magnetismo interfacial o Spinterface, resultante de la interacción entre una molécula magnética y una superficie metálica, se convierte en el pilar clave para diseñar dispositivos moleculares a nanoescala con nuevas funcionalidades basadas en spin, como la conmutación de conductancia basada en un Spinfilter. Esta Spinterface tiene la capacidad de spin-polarizar la corriente inyectada a través de ella. También en este bloque se definen las condiciones requeridas que tienen que ser recogidas por cualquier molécula para comportarse como spin-filtros: ser paramagnético y susceptible a una alineación por campo magnético externo, interactuar con los electrodos metálicos dodne esta unida suficientemente fuerte a través de los estados electrónicos extendidos y asi como presentar valores energéticos cercanos a la "energía de fermi" de los electrodes. Los resultados observados se pueden resumir como una alta eficiencia magnetoresistiva de dos órdenes de magnitud (10000%) entre las dos orientaciones del campo magnético.
En el segundo bloque de la primera parte se presenta una forma novedosa de formar conductores altamente conductivos y sintonizables que explotan esquemas de química supramolecular. Los anillos de metaloporfirina única se conectan desde su centro metálico usando bases de Lewis fuertes, lo que resulta en un aumento de la conductividad de tres órdenes de magnitud frente tranajos anterior con moelcuals simialres. Esta nueva plataforma de union de porfirinas individuales imita la forma en que la naturaleza usa estos sistemas orientando el plano molecular perpendicular a la dirección del sentido del corriente elctrico. Empleando esta nueva orientación perpendicular, se realizaron mediciones de corriente dependientes del spin siguiendo el procedimiento del primer bloque y usando metoloporfirinas Cu y Co. Los resultados observados se pueden resumir como una eficiencia magnetoresistiva media entre un facotr 2 y 4 entre las dos orientaciones del campo magnético.
El tercer bloque de la primera parte se centrará en la selectividad de spin inducida por el transporte de electrones a través de moléculas quirales (CISS) que sustituye el carácter paramagnético de las moléculas centrales del dispositivo previas. Un nuevo método para cuantificar el poder de polarización de spin de moléculas quirales se presenta utilizando una unión de un péptido Dextro o Levo de 22 aminoácidos acoplado a una superficie de Au ya un contacto de Ni magnético. Como consecuencia de la propiedad molecular del filtrado de electrones debido a la helicidad y de la asimetría en la densidad de estados en el electrodo ferromagnético, los resultados muestran cómo la conductancia puede separarse en canales de helicidad de electrones donde la mayor contribución se correlaciona con el efecto de filtrado molecular en el spin -polarizado a través del péptido quiral.
En la segunda parte y basado en el uso de campos eléctricos externos, se demuestra el uso del enfoque STM-BJ para estudiar los mecanismos básicos en la catálisis química a la nanoescala. Se diseña un sistema de modelo de superficie para sondar la catálisis de campo eléctrico de una reacción de Diels-Alder suministrando un estímulo de campo eléctrico orientado a través de dos reactantes: un dieno unido al electrodo de punta STM y un dienófilo unido al electrodo de substrato. Este método permite estudiar las reacciones químicas a nivel de una sola molécula. Se observó que sólo un campo eléctrico externo alineado en la forma específica respecto al centro de reacción y apuntando desde el dieno (que lleva una carga negativa) al dienófilo (que lleva una carga positiva) puede acelerar el proceso de reacción de Diels-Alder. Además de utilizar la intensidad del campo eléctrico externo como herramienta fue posible afinar los procesos de reacción.
