Resumo executivo: A descoberta de nanotubos de carbono, grafeno e outros alótropos de carbono deu origem a uma nova era da física da matéria condensada de sistemas de baixa dimensão da vida real que antes eram considerados apenas na imaginação. Muitos antigos tratamentos teóricos e ideias sobre esses materiais exóticos ganharam vida em experimentos [1-5] e estimularam muitos outros esforços teóricos que resultaram em uma riqueza de novas previsões e descobertas, como férmions de Dirac, metal/semicondutor/Dirac sintonizáveis isoladores[6], isoladores topológicos[7], magnetismo de estado de borda[8] entre muitos outros[9].
Devido à baixa dimensionalidade desses materiais, eles se prestam a modelos teóricos relativamente simples[2,7] com resultados surpreendentes. Estes podem ser derivados por considerações de simetria como em física de partículas e teoria de campo ou, mais interessante, por meio de modelos analíticos precisos de ligação rígida [7]. Aprendendo com modelos analíticos, no contexto de grafeno e nanotubos, desenvolvemos duas rotas complementares para derivar hamiltonianos efetivos para sistemas de baixa dimensão, contabilizando as características orbitais salientes que produzem interações controladas por campos externos ou internos. Recentemente, nós os aplicamos ao transporte de spin no DNA [10] com resultados muito interessantes, mostrando todas as características qualitativas dos experimentos. O foco do tratamento foi entender as propriedades extraordinárias de polarização do spin do elétron de moléculas quirais [11-13]. Como esses modelos incorporam naturalmente os aspectos estruturais dos sistemas moleculares e, por sua vez, a natureza e o tamanho das interações dependem dessas características, podemos tentar manipular tais acoplamentos ou mesmo gerar novos por meio da indução de deformações do sistema. Esta abordagem tem sido muito bem-sucedida para o grafeno, tanto do ponto de vista fundamental (novos desenvolvimentos das teorias de Medidor Abeliano[14]) quanto de aplicações práticas (campos magnéticos efetivos muito altos[15] sem fontes externas!). Um aspecto interessante da manipulação desses novos materiais é a inclusão de interações periodicamente variáveis que permitem a exploração de novas fases topológicas não disponíveis no regime estático. Já propusemos alguns modelos para controle de irradiação de laser de materiais semelhantes ao grafeno, mas ainda não combinamos essas características induzidas por laser de não equilíbrio com os efeitos de curvatura que podem surgir devido à presença da junção de quebra. De fato, algumas propostas recentes consideraram o papel dos efeitos de curvatura nas propriedades de transporte eletrônico de gases bidimensionais convencionais, bem como para sistemas de férmions de Dirac. Assim, consideramos que esta exploração da interação de curvatura e efeitos de radiação é uma extensão natural dessas ideias e esperamos explorar novos cenários físicos não apresentados até agora na literatura relevante. A ferramenta Floquet para abordar o problema anterior pode ser considerada como um primeiro passo em direção às propriedades de não equilíbrio do sistema. Este último aspecto deve ser mais bem abordado em trabalhos futuros. O objetivo deste pequeno projeto é explorar o potencial de aproveitar materiais ativos de spin (moléculas quirais de grande abundância na biologia) manipulando por meios mecânicos ou realizando “engenharia de estiramento”. Abordaremos este problema para um conjunto de moléculas quirais de interesse, incluindo DNA, aminoácidos, proteínas simples, oligopeptídeos e sequências de estruturas baseadas em anéis (benzeno, naftaleno e benzólogos de sequência contínua) que podem ser quimicamente formados em cadeias e hélices. A abordagem será baseada na modelagem e verificação analítica de tight-binding e exploração adicional, por meio de modelos semi-empíricos de pequena escala e cálculos de transporte no computador. Para os modelos mais bem-sucedidos, aplicaremos uma camada adicional de verificação, realizando modelos baseados na Teoria Funcional da Densidade (DFT) mais sofisticados. Os objetivos da parte teórica do projeto serão então: a) Estabelecer através da formulação hamiltoniana do modelo baseado em orbitais discretos, as características universais que determinam a atividade de spin nestes compostos. b) Determinar o mecanismo da interação spin-órbita nestes materiais e sua magnitude para consolidar uma descrição teórica completa. c) Encontrar locais para aplicações práticas da capacidade de polarização de spin destes sistemas moleculares no contexto de dispositivos de informação codificados por spin e carga. O segundo ponto principal da proposta é construir uma configuração de junção de quebra mecanicamente controlável para um laboratório de transporte e spintrônica molecular no Equador. As conhecidas configurações de junção de quebra[17] e sonda de condutância[18] tornaram-se cada vez mais a ferramenta de exploração para a eletrônica de molécula única e servirão como a contraparte experimental ideal para testar e desafiar a teoria. A contraposição entre teoria e experimento resultará em publicações melhores e de maior impacto nesta área de pesquisa.
Objetivos Gerais: Deve ser alcançado durante o desenvolvimento do projeto. Identifica o propósito para o qual os recursos e esforços devem ser direcionados. É o conjunto de resultados que o projeto pretende alcançar por meio das ações.
- Modelagem analítica de estruturas moleculares quirais (pontuais e globais) a fim de derivar hamiltonianos com a parametrização geométrica completa para verificar a resposta a deformações aplicadas externamente acessíveis a experimentos.
- Construindo uma Junção de Ruptura Mecanicamente Controlável (MCBJ) básica.
Objetivos específicos:
- Construção de hamiltonianos analíticos para não quirais com estrutura de transporte orbital simples (por exemplo, benzeno, naftaleno, antranceno) com orbitais p, espaço real e recíproco, além de funções de onda com parametrização geométrica detalhada.
- Construção de hamiltonianos analíticos para moléculas quirais, (por exemplo, lisina, DNA, heliceno, oligopeptídeos), espaço real e recíproco, além de funções de onda, com parametrização geométrica detalhada. Avaliação dos mecanismos de spin.
- Hamiltonianos candidatos (quirais e não quirais) acoplados à radiação externa. Acoplamento a modos mecânicos.
- Configurando cálculos de condutância com o formalismo de Landauer-Buttiker como uma função de configurações realistas esticadas/comprimidas. Cálculos analíticos e numéricos.
- Construção de seleção e montagem de materiais MCBJ.
- Testando MCBJ com 1,8-octanodi-tiol (HS(CH2)8SH).
- Seleção de dados para identificar as curvas correspondentes a uma junção MMM.
- Comparação dos resultados com os dados relatados.
Instituições participantes:
YACHAY TECH, ESPOL, EPN.
Participantes:
Gerente de projetos Ernesto Antonio Medina Dagger.
- Ernesto Antonio Medina Punhal
- Solmar Alexandra Varela Salazar
- Werner Bramer Escamilla
- alexandre lopez
- Leonardo Alberto Basile Carrasco
- Henrique Marcelo Osório Calvopina
Orçamento premiado: $42260
Situação do projeto: Assinatura de convênios.
