Coniugazione e sovrapposizione:
La spina dorsale di un filo molecolare è costituita da doppi legami coniugati o anelli aromatici che facilitano il trasporto di carica. L'entità della coniugazione e il grado di sovrapposizione orbitale tra monomeri adiacenti svolgono un ruolo significativo nel determinare la conduttanza del filo. Una sovrapposizione continua ed efficiente degli orbitali π lungo la struttura molecolare promuove un'efficace delocalizzazione degli elettroni, portando a una maggiore conduttanza.
Effetti di risonanza:
La sequenza di monomeri può introdurre effetti di risonanza all'interno del filo molecolare, che possono modulare la conduttanza. La risonanza si verifica quando è possibile disegnare più strutture di Lewis equivalenti per una molecola. Queste strutture di risonanza contribuiscono alla struttura elettronica complessiva del filo, influenzando la distribuzione della carica e i livelli di energia. Alcune sequenze di monomeri possono stabilizzare particolari strutture di risonanza, portando ad una conduttanza aumentata o diminuita.
Bandgap e gap HOMO-LUMO:
Il bandgap, o la differenza di energia tra l'orbitale molecolare occupato più alto (HOMO) e l'orbitale molecolare non occupato più basso (LUMO), determina la facilità con cui gli elettroni possono muoversi attraverso il filo molecolare. Un gap HOMO-LUMO più piccolo indica una barriera energetica più bassa per il trasporto degli elettroni, con conseguente maggiore conduttanza. La sequenza di monomeri può alterare i livelli energetici di HOMO e LUMO, influenzando direttamente il bandgap e, di conseguenza, la conduttanza.
Rigidità strutturale ed effetti conformazionali:
La sequenza monomerica può influenzare la rigidità o flessibilità complessiva del filo molecolare. Le dorsali molecolari rigide facilitano un migliore trasporto di carica grazie alla riduzione dei cambiamenti conformazionali e alla migliore sovrapposizione orbitale. D’altra parte, i fili flessibili possono subire cambiamenti conformazionali che interrompono l’efficiente sovrapposizione dell’orbitale π, portando a una minore conduttanza.
Interazioni inter-monomero:
Le interazioni specifiche tra monomeri adiacenti possono influenzare la conduttanza del filo molecolare. Interazioni come legami idrogeno, forze elettrostatiche o ostacoli sterici possono alterare la geometria molecolare, la distribuzione della carica e la coniugazione all'interno del filo. Queste interazioni possono aumentare o diminuire la conduttanza a seconda della loro natura e forza.
Doping e funzionalizzazione:
Il drogaggio, ovvero l'introduzione intenzionale di atomi o gruppi funzionali specifici nella sequenza monomerica, può modificare in modo significativo la conduttanza dei fili molecolari. Il drogaggio può alterare la concentrazione dei portatori di carica, modificare i livelli di energia o introdurre ulteriori percorsi di coniugazione all'interno del filo, influenzando così la sua conduttività complessiva.
In sintesi, la sequenza monomerica nei fili molecolari svolge un ruolo cruciale nel determinare la conduttanza di questi dispositivi su scala nanometrica. Fattori quali coniugazione, effetti di risonanza, bandgap, rigidità strutturale, interazioni intermonomeriche e drogaggio possono essere personalizzati attraverso un'attenta selezione e disposizione dei monomeri per ottenere le proprietà elettriche desiderate nelle applicazioni di elettronica molecolare.
