Propiedades fotofísicas de sistemas moleculares conjugados con aplicaciones potenciales en la optoelectrónica

Resumen

Introducción: Se investigaron las propiedades ópticas, los mecanismos de transporte de energía y de localización de los excitones en polímeros conjugados, así como la adsorción y difusión de átomos y de moléculas ligeras en estas estructuras.

Objetivos: Caracterizar los cambios graduales en las propiedades de absorción y emisión de cicloparafenilenos y nanojaulas de carbono, a medida que se relajan las tensiones mecánicas dentro del nanoanillo y el confinamiento cuántico de los electrones debido al incremento de la curvatura. Evaluar los cambios de las propiedades estructurales, dinámicas y ópticas, provocados por la sustitución de la unidad fundamental que constituye el nanoanillo, reemplazando las unidades de fenileno por unidades de naftaleno.

Métodos: Se llevaron a cabo simulaciones ab initio de la dinámica fotoinducida en moléculas conjugadas (por ejemplo, nanojaulas y nanoanillos de carbono), empleando la técnica de dinámica molecular con transiciones cuánticas. La estructura electrónica se representa mediante el modelo de oscilaciones electrónicas colectivas. Las ecuaciones de movimiento resultantes fueron integradas numéricamente utilizando algoritmos implementados en el software Non-adiabatic Excited-state Molecular Dynamics.

Resultados: Los resultados de las simulaciones reproducen las tendencias observadas experimentalmente para las propiedades ópticas de los sistemas estudiados. Adicionalmente permitieron comprender la relación entre el tamaño, la geometría y la composición química de estos sistemas y los mecanismos de redistribución de energía y de localización de los excitones, proporcionando de esta forma una interpretación microscópica de las propiedades optoelectrónicas observadas.

Conclusiones: Los desarrollos metodológicos realizados permitieron estudiar la dinámica fotoinducida en sistemas moleculares conjugados que, por su alto costo computacional, resultaba difícil abordar empleando las herramientas computacionales disponibles hasta el momento, contribuyendo así a reducir la separación entre las dimensiones de las moléculas que es posible simular atomísticamente y las moléculas relevantes experimentalmente.