Approche théorique du transport électronique dans les jonctions moléculaires organiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Theoretical approach of electronic transport in the organic molecular junctions

Approche théorique du transport électronique dans les jonctions moléculaires organiques

Résumé

The subject of this thesis is the development of quantum chemistry tools for the study of the transport properties of π-conjugate molecular systems sandwiched between two conductive electrodes. The Fisher-Lee approach, better suited to the study of these junctions, has been implemented in the DFTB FIREBALL calculation code and associated with the Non-Equilibrium Green function method coupled with the density functional theory (DFT+NEGF). This approach was used to determine the variation in conductance of BTB oligomers (BisThienylBenzene) and to predict the transport mechanism of charge carriers. The results obtained are in very good agreement with the experimental measurements. A new methodology based on a transport scheme of charge carriers by successive jumps on molecular units has been developed and compared with the conventional scheme of direct jump between the two electrodes. This methodology was used to predict the transition lengths of the transport regime as a function of the length of the junction. This new method also gives the opportunity to explore in theory the current rectification properties as a function of the applied potential between the electrodes. These methods and approaches have been assembled into a new transport code called FROGtrans interfaced with the Gaussian software widely used in the community. This new code makes it possible to take advantage of the wide choice of DFT functional, multiple orbital basis and implicit solvation models. This code also opens the prospect of accessing properties in the excited state of active photo systems.
Le sujet de cette thèse porte sur le développement d’outils de chimie quantique pour l’étude des propriétés de transports de systèmes moléculaires π-conjugués pris en sandwich entre deux électrodes conductrices. L’approche Fisher-Lee mieux adaptée à l’étude de ces jonctions a été implémentée dans le code de calcul DFTB FIREBALL et associée à la méthode des fonctions de Green hors équilibre couplée à la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT+NEGF). Cette approche a été utilisée pour déterminer la variation de la conductance d’oligomères de BTB (BisThiénylBenzène) et prédire le mécanisme de transport des porteurs de charge. Les résultats obtenus sont en très bon accord avec les mesures expérimentales. Une nouvelle méthodologie basée sur un schéma de transport de porteurs de charge par sauts successifs sur les unités moléculaires a été développée et mise en regard avec le schéma classique de saut direct entre les deux électrodes. Cette méthodologie a permis de prédire les longueurs de transition de régime de transport en fonction de la longueur de la jonction. Cette nouvelle méthode donne également la possibilité d’explorer en théorie les propriétés de rectification du courant en fonction du potentiel appliqué entre les électrodes.Ces méthodes et approches ont été assemblées dans un nouveau code de transport nommé FROGtrans qui a été interfacé avec le logiciel Gaussian largement utilisé dans la communauté. Ce nouveau code permet de tirer profit des larges choix de fonctionnelles DFT, des multiples bases de fonction, des modèles de solvatation implicites. Ce code ouvre aussi la perspective d’accéder aux propriétés à l’état excité des systèmes photo actifs.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04509248 , version 1 (18-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04509248 , version 1

Citer

Sylvain Pitié. Approche théorique du transport électronique dans les jonctions moléculaires organiques. Chimie théorique et/ou physique. Université Paris Cité, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UNIP7319⟩. ⟨tel-04509248⟩
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