Academic literature on the topic 'Molecular Charge'

L’électronique organique est un nouveau domaine de recherche qui combine les propriétés électriques de l’électronique avec les propriétés mécanique des matériaux organiques. De nouvelles applications telles que des écrans flexibles, de l’éclairage de surface ou des cellules photovoltaïques flexibles, qui ne sont pas possible avec l’électronique basée sur le silicium, sont envisagées. Les semi-conducteurs organiques sont les matériaux clés de ces dispositifs électroniques. Pour le design moléculaire, deux paramètres doivent être optimisés :l’énergie de réorganisation qui doit être minimisée et l’intégrale de transfert qui doit être maximisée. Avec un noyau aromatique rigide et étendu, les acènes linéaires tels que le pentacène et les anthradithiophènes (ADT) possèdent des énergies de réorganisation parmi les plus petites. Quant à l’intégrale de transfert, son intensité va dépendre de l’arrangement moléculaire qui ne peut malheureusement pas encore être prédit. Divers substituents peuvent être introduit sur le noyau aromatique afin de moduler l’arrangement moléculaire et ainsi maximiser l’intégrale de transfert.<p>Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’amélioration du transport de charge des anthradithiophènes par design moléculaire. Deux approches ont été envisagées :l’approche moléculaire et l’approche macromoléculaire. L’approche moléculaire se base sur les travaux de Takimiya sur les naphtodithiophènes. Dans ces travaux, il est montré que la mobilité de charge est supérieure lorsque l’isomère anti est utilisé plutôt que l’isomère syn. Les anthradithiophènes sont généralement utilisés en tant que mélange d’isomères syn et anti ;ceci est une conséquence de la voie de synthèse utilisée. Il est raisonnable de penser qu’utiliser des ADT isomériquement purs donnera des mobilités de charge plus élevées, à l’instar des naphtodithiophènes. Le premier objectif de cette thèse est donc de développer une méthodologie permettant d’obtenir des ADT isomériquement purs. L’approche macromoléculaire est basée sur les travaux théoriques d’Antoine Van Vooren sur le couplage électronique via pont éthylène (non conjugué). Selon ces calculs, le couplage électronique entre deux noyaux aromatiques est plus important lorsqu’ils sont reliés par un pont éthylène que lorsqu’ils sont indépendants. Le second objectif de cette thèse est de développer une méthodologie qui permet d’attacher deux ADTs via a pont éthylène.<p>Une stratégie de synthèse menant à l’anti-ADT a été développée. La quantité d’anti-ADT disponible via cette méthodologie est assez faible. Par conséquent, une autre méthodologie a été développée. En fonctionnalisant un des intermédiaires de réaction, il est possible de séparer les deux isomères et ainsi d’obtenir de plus grandes quantités d’anti-ADT et de syn-ADT. Les spectres d’absorption UV-vis du mélange et des différents isomères ont été comparés. Des études sur des dispositifs électroniques utilisant des ADT isomériquement purs sont en cours.<p>Une stratégie de synthèse menant à l’ADT ponté a été développée. Dans cette stratégie, le pont éthylène est synthétisé en premier et les entités anthradithiophènes générées dans un deuxième temps. L’ADT ponté a été obtenu à l’état de traces, détectées uniquement par spectrométrie de masse. Des efforts synthétique supplémentaire sont nécessaire afin d’obtenir l’ADT ponté dans des quantités suffisantes pour fabriquer des dispositifs électroniques. La fabrication de dispositifs électroniques est une étape cruciale dans la détermination de l’impact du pont sur la mobilité de charge.<p><br>Doctorat en Sciences<br>info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this dissertation, we employ a number of computational methods, including Ab Initio, Density Functional Theory, and Molecular Dynamics simulations to investigate key microscopic parameters that govern charge-transport and charge-generation in single-component and bimolecular charge-transfer organic semiconductors. First, electronic (transfer integrals, bandwidths, effective masses) and electron-phonon couplings of single-component organic semiconductors are discussed. In particular, we evaluate microscopic charge-transport parameters in a series of nonlinear acenes with extended pi-conjugated cores. Our studies suggest that high charge-carrier mobilities are expected in these materials, since large electronic couplings are obtained and the formation of self-localized polarons due to local and nonlocal electron-phonon couplings is unlikely. Next, we evaluate charge detrapping due to interaction with intra-molecular crystal vibrations in order to explain changes in experimentally measured electric conductivity generated by pulse excitations in the IR region of a photoresistor based on pentacene/C60 thin film. Here, we directly relate the nonlocal electron-phonon coupling constants with variations in photoconductivity. In terms of charge-generation from an excited manifold, we evaluate the modulation of the state couplings between singlet and triplet excited states due to crystal vibrations, in order to understand the effect of lattice vibrations on singlet fission in tetracene crystal. We find that the state coupling between localized singlet and correlated triplet states is much more strongly affected by the dynamical disorder due to lattice vibrations than the coupling between the charge-transfer singlet and triplet states. Next, the impact of Hartree-Fock exchange in the description of transport properties in crystalline organic semiconductors is discussed. Depending on the nature of the electronic coupling, transfer integrals and bandwidths can show a significant increase as a function of the amount of the Hartree-Fock exchange included in the functional. Similar trend is observed for lattice relaxation energy. It is also shown that the ratio between electronic coupling and lattice relaxation energy is practically independent of the amount of the Hartree-Fock exchange, making this quantity a good candidate for incorporation into tight-binding transport models. We also demonstrate that it is possible to find an amount of the Hartree-Fock exchange that recovers (quasi-particle) band structure obtained from a highly accurate G0W0 approach. Finally, a microscopic understanding of a phase transition in charge-carrier mobility from temperature independent to thermally activated in stilbene-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane crystal is provided.