Simulação computacional do processo quântico em hopping de um par elétron-buraco em um material semicondutor orgânico : a influência de gradientes de temperatura na probabilidade de dissociação

Abstract

Resumo: A presente dissertação refere-se a uma simulação computacional do processo de saltos quânticos de um éxciton de Frenkel em um material semicondutor orgânico sob a influência de uma intensidade de campo elétrico, com o objetivo de se compreender a influência de gradientes de temperatura na probabilidade de dissociação desse éxciton. A metodologia utilizada foi o desenvolvimento de um programa em linguagem computacional C++17 usando o modelo de Monte Carlo e a equação da taxa de pulos entre sítios de Miller-Abrahams. As investigações mostraram que quanto maior for a temperatura existente nesses materiais, a probabilidade de dissociação desse éxciton tenderá a zero. A pesquisa mostrou também a existência de um valor de saturação para a probabilidade de dissociação que depende da temperatura e da direção de formação do éxciton. Além disso, variações na intensidade dos gradientes de temperatura aplicados não influenciaram de forma significativa tal probabilidade, independentemente da intensidade de campo elétrico aplicada. Por fim, para intensidades de campo elétrico maiores a probabilidade de dissociação foi maior, confirmando o esperado.

Abstract: The present dissertation refers to a computer simulation of the quantum hopping process of a Frenkel exciton in an organic semiconductor material under the influence of an electric field strength, with the objective of understanding the influence of temperature gradients on the probability of dissociation of this exciton. The methodology used was the development of a program wrote in C++17 computational language using the Monte Carlo model and the Miller-Abrahams hopping rate equation between sites. The investigations showed that the higher the temperature existing in these materials, the probability of dissociation of this exciton will tend to zero. The research also showed the existence of a saturation value for the dissociation probability that depends on the temperature and the direction of exciton formation. Furthermore, variations in the intensity of the applied temperature gradients did not significantly influence this probability regardless of the applied electric field strength. Finally, for higher electric field strengths, the probability of dissociation was higher, confirming what was expected.