Résumé exécutif : La découverte des nanotubes de carbone, du graphène et d'autres allotropes de carbone a donné naissance à une nouvelle ère de la physique de la matière condensée des systèmes de basse dimension de la vie réelle que l'on pensait autrefois n'être que dans l'imagination. De nombreux traitements et idées théoriques anciens sur ces matériaux exotiques ont pris vie dans des expériences [1-5] et ont stimulé de nombreux autres efforts théoriques qui ont abouti à une multitude de nouvelles prédictions et découvertes telles que les fermions de Dirac, accordable métal/semi-conducteur/Dirac isolants[6], isolants topologiques[7], magnétisme à l'état de bord[8] parmi beaucoup d'autres[9].
En raison de la faible dimensionnalité de ces matériaux, ils se prêtent à des modèles théoriques relativement simples [2,7] avec des résultats surprenants. Celles-ci peuvent être dérivées par des considérations de symétrie comme dans la physique des particules et la théorie des champs ou, plus intéressant, par des modèles analytiques précis à liaison étroite [7]. En apprenant à partir de modèles analytiques, dans le contexte du graphène et des nanotubes, nous avons développé deux voies complémentaires pour dériver des hamiltoniens efficaces pour les systèmes de basse dimension, en tenant compte des caractéristiques orbitales saillantes qui produisent des interactions contrôlées par des champs externes ou internes. Nous les avons récemment appliqués au transport de spin dans l'ADN[10] avec des résultats très intéressants montrant toutes les caractéristiques qualitatives des expériences. L'objectif du traitement était de comprendre les propriétés extraordinaires de polarisation de spin électronique des molécules chirales [11-13]. Comme ces modèles intègrent naturellement les aspects structuraux des systèmes moléculaires et que la nature et la taille des interactions dépendent de ces caractéristiques, nous pouvons tenter de manipuler de tels couplages ou même d'en générer de nouveaux en induisant des déformations du système. Cette approche a été très fructueuse pour le graphène, tant du point de vue fondamental (nouveaux développements des théories de jauge abélienne[14]) que des applications pratiques (champs magnétiques effectifs très élevés[15] sans sources externes !). Un aspect intéressant de la manipulation de ces nouveaux matériaux est l'inclusion d'interactions variant périodiquement qui permettent l'exploration de nouvelles phases topologiques non disponibles dans le régime statique. Nous avons déjà proposé des modèles pour le contrôle de l'irradiation laser de matériaux de type graphène, mais nous n'avons pas encore combiné ces caractéristiques induites par laser hors équilibre avec les effets de courbure qui pourraient survenir en raison de la présence de la jonction de rupture. En effet, certaines propositions récentes ont considéré le rôle des effets de courbure dans les propriétés de transport électronique des gaz bidimensionnels conventionnels ainsi que pour les systèmes de fermions de Dirac. Ainsi, nous considérons que cette exploration de l'interaction des effets de courbure et de rayonnement est une extension naturelle de ces idées et nous prévoyons d'explorer de nouveaux scénarios physiques non présentés jusqu'à présent dans la littérature pertinente. L'outil Floquet pour aborder le problème précédent peut être considéré comme une première étape vers les propriétés hors d'équilibre du système. Ce dernier aspect devrait être traité plus en détail dans les travaux futurs. L'objectif de ce court projet est d'explorer le potentiel d'exploitation de matériaux actifs de spin (molécules chirales très abondantes en biologie) en les manipulant par des moyens mécaniques ou en réalisant une « ingénierie par étirement ». Nous aborderons ce problème pour un ensemble de molécules chirales d'intérêt, y compris l'ADN, les acides aminés, les protéines simples, les oligopeptides et les séquences de structures à base d'anneaux (benzène, naphtalène et benzologues à séquence continue) qui peuvent être façonnées chimiquement en chaînes et en hélices. L'approche sera basée sur une modélisation et une vérification analytiques à liaison étroite et une exploration plus approfondie, au moyen de modèles semi-empiriques à petite échelle et de calculs de transport sur ordinateur. Pour les modèles les plus performants, nous appliquerons une couche supplémentaire de vérification en réalisant des modèles plus sophistiqués basés sur la théorie de la fonction de la densité (DFT). Les objectifs de la partie théorique du projet seront alors : a) Établir à travers la formulation hamiltonienne d'un modèle orbital discret, les caractéristiques universelles qui déterminent l'activité de spin dans ces composés. b) Déterminer le mécanisme de l'interaction spin-orbite dans ces matériaux et son amplitude pour consolider une description théorique complète. c) Trouver des lieux d'applications pratiques de la capacité de polarisation de spin de ces systèmes moléculaires dans le contexte de dispositifs d'information codés en spin et en charge. Le deuxième point majeur de la proposition est de construire une configuration de jonction à rupture mécaniquement contrôlable pour un laboratoire de spintronique moléculaire et de transport en Équateur. Les configurations bien connues de jonction de rupture [17] et de sonde de conductance [18] sont de plus en plus devenues l'outil d'exploration pour l'électronique à molécule unique et serviront de contrepartie expérimentale idéale pour tester et défier la théorie. Le contre-jeu entre théorie et expérience se traduira par des publications de meilleure qualité et à plus fort impact dans ce domaine de recherche.
Objectifs généraux : Ils doivent être atteints lors de l'élaboration du projet. Il identifie le but vers lequel les ressources et les efforts doivent être dirigés. C'est l'ensemble des résultats que le projet entend atteindre à travers les actions.
- Modélisation analytique des structures moléculaires chirales (ponctuelles et globales) afin de dériver des hamiltoniens avec la paramétrisation géométrique complète pour déterminer la réponse aux déformations appliquées de l'extérieur accessibles aux expériences.
- Construire une jonction de rupture mécaniquement contrôlable (MCBJ) de base.
Objectifs spécifiques:
- Construire des hamiltoniens analytiques pour non chiraux avec une structure de transport orbitale simple (par exemple benzène, naphtalène, série antrancene) avec des orbitales p, un espace réel et réciproque, ainsi que des fonctions d'onde avec une paramétrisation géométrique détaillée.
- Construire des hamiltoniens analytiques pour les molécules chirales (par exemple, la lysine, l'ADN, l'hélicène, les oligo-peptides), l'espace réel et réciproque, ainsi que les fonctions d'onde, avec une paramétrisation géométrique détaillée. Évaluation des mécanismes de spin.
- Hamiltoniens candidats (chiraux et non chiraux) couplés à un rayonnement externe. Couplage aux modes mécaniques.
- Mise en place de calculs de conductance avec le formalisme de Landauer-Buttiker en fonction de configurations réalistes étirées/comprimées. Calculs analytiques et numériques.
- Construction de la sélection et de l'assemblage des matériaux MCBJ.
- Test de MCBJ avec 1,8-octanedi-thiol (HS(CH2)8SH).
- Sélection de données pour identifier les courbes correspondant à une jonction MMM.
- Comparaison des résultats avec les données rapportées.
Établissements participants :
YACHAY TECH, ESPOL, EPN.
Intervenants :
Chef de projet Ernesto Antonio Medina Poignard.
- Poignard Ernesto Antonio Medina
- Solmar Alexandra Varela Salazar
- Werner Bramer Escamille
- Alexandre Lopez
- Leonardo Alberto Basile Carrasco
- Henri Marcelo Osorio Calvopiña
Budget alloué : $42260
Etat du projet : Signature des accords.
