Moléculas orgânicas sobre superfícies metálicas : uma investigação teórica
Gustavo Brunetto
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP B835m
[Organic molecules on metalic surfaces]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
104 p. : il.
Orientador: Douglas Soares Galvão
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin"
Resumo: Recentemente, a primeira nanoroda molecular foi caracterizada a partir de experimentos com o microscópio de tunelamento eletrônico (STM). Foi demonstrado que a molécula de hidrocarboneto (C44H24) especificamente desenhada poderia rolar sobre a superfície de cobre ao longo da direção [110] da...
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Resumo: Recentemente, a primeira nanoroda molecular foi caracterizada a partir de experimentos com o microscópio de tunelamento eletrônico (STM). Foi demonstrado que a molécula de hidrocarboneto (C44H24) especificamente desenhada poderia rolar sobre a superfície de cobre ao longo da direção [110] da superfície. A molécula consiste em duas rodas baseadas no grupo triptycene as quais são conectadas por um eixo. Nós reportamos um estudo teórico da simulação desse processo. Usamos métodos ab initio (DMol 3) e de dinâmica molecular clássica (UFF). Consideramos diferentes orientações cristalográficas ([111], [110], e [100]) para a superfície de cobre, a fim de determinar como estas diferentes orientações afetam o processo de rolamento molecular. Nossos resultados estão em boa acordância com os dados experimentais disponíveis. As simulações mostraram que o mecanismo de rolamento só é possível para a direção [110]. Para as outras direções ([111] e [100]) a superfície é muito suave e não pode prover o torque necessário para o processo de rolamento. Para estes casos a molécula somente desliza (movimento de translação), sem rolar quando interage com a ponta do microscópio. Para a direção [110] a separação espacial entre as colunas de cobre é suficiente para travar a molécula e criar um torque. Além da superfície correta, a posição relativa da molécula sobre a superfície é muito importante. A molécula deve estar com seu eixo principal paralelo à direção [110]. Este efeito de comensurabilidade, entre a molécula e a superfície, é similar a difusão seletiva na superfície recentemente observada para outras classes de moléculas orgânicas. Os perfis experimentais observados para o empuramento, puxamento e rolamento também podem ser explicados em termos destas características geométricas entre a molécula e as diferentes direções cristalográficas do cobre
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Abstract: Recently, the first molecular nanowheel was characterized with scanning tunneling micro-scope experiments. It was demonstrated that a specifically designed hydrocarbon molecule (C44H24) could roll over a copper substrate along the [110] direction of a surface. The molecule consists in two...
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Abstract: Recently, the first molecular nanowheel was characterized with scanning tunneling micro-scope experiments. It was demonstrated that a specifically designed hydrocarbon molecule (C44H24) could roll over a copper substrate along the [110] direction of a surface. The molecule consists in two wheels based on two triptycene groups which are connected by an axle. We report a theoretical study of the simulations of this process. We used ab initio (DMol 3) and classical molecular dynamics methods (UFF). We have considered different crystallographic orientations ([111], [110], and [100]) for the copper surface, in order to determine how these different orientations affect the molecular rolling processes. Our results are in good agreement with the available experimentally data. The simulations showed that the rolling mechanism is only possible for the [110] direction. For the others directions ([111] and [100]) the surfaces are too smooth and cannot provide the necessary torque to the rolling process. For these cases the molecule just slides (translational movement), without rolling when interact with the STM tip. For the [110] direction the spatial separation among rows of copper atoms is enough to trap the molecule and to create a torque. Besides the correct surface the relative position of the molecule on the surface is very important. The molecule should be with its main axis in the parallel direction to [110]. This commensurability effect, between the molecule and the surface, is similar to the surface selective diffusion recently observed for other classes of organic molecules. The experimental observed pushing, pulling, and rolling profiles can also be explained in terms of these geometrical features between the molecule and the different Cu crystallographic directions
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