Preparació i caracterització de capes fines de materials moleculars orgànics derivats del tetratiafulvalè

Abstract

[cat] El descobriment i desenvolupament de materials moleculars orgànics (MMO) conductors, superconductors i magnètics ha comportat el naixement d'una nova disciplina científica pluridisciplinar: l'enginyeria de cristalls moleculars. Les propietats físiques i químiques d'aquests materials es poden modular mitjançant modificacions en la estructura molecular per tal d'optimitzar les propietats. L'aplicabilitat d'aquests materials depèn de la possibilitat d'obtenir recobriments en forma de capa fina. En la majoria de sals de transferència de càrrega (CT) de MMO els donadors són derivats del TXF (X = S ó Se). Per aquest motiu, es va decidir realitzar un ampli estudi fonamental dels derivats neutres funcionalitzats d'aquesta molècula obtinguts en forma de capa fina mitjançant l'evaporació tèrmica en alt buit (posant dos equips d'evaporació a punt). L'any 2000, el Dr. J. H. Schön i col. van publicar treballs on mostraven que alguns MMO neutres presentaven conductivitat i superconductivitat sota efecte de camp (part d'aquests resultats s'ha demostrat que són falsos). Donada la nostra situació privilegiada ja que disposàvem de la instrumentació i experiència adequades, es va decidir aplicar els derivats neutres estudiats, en OFETs (Organic Field Effect Transistors). S'han preparat capes fines d'elevada qualitat cristal·linitat. Permetent, en el TTF-TCNQ (Cap. 3), realitzar mesures de resistivitat on s'ha observat clarament la transició de Peierls. Un augment moderat (aprox. 10-25K) de TS (temperatura de substrat) durant el dipòsit comporta, en general, un increment notable de Lm (longitud màxima mitjana dels microcristalls) i de l'orientació de les capes respecte al substrat. Aquest augment es deu a que les interaccions intermoleculars i substrat-molècula són febles. La Trec (temperatura de recuit) no afecta a Lm ni a l'orientació de les capes respecte al substrat, sí afecta però, a la cristal·linitat de les capes. És possible seleccionar l'orientació molecular, quan hi ha plans amb energies interfacials semblants, amb la naturalesa química dels substrats o bé tèrmicament. Això s'ha demostrat en les capes de TMTSF (Cap. 4). Al contrari del TMTSF, la seva molècula anàloga, el TMTTF (Cap. 5) presenta una estructura addicional a part de la monoclínica. No podem afirmar si es tracta d'una distorsió d'aquesta fase o d'un polimorf. El que sorprèn és que la única diferència entre les dues molècules és la presència de S ó Se. En el cas del BEDO-TTF (Cap. 7) s'ha observat una nova estructura cristal·logràfica que tampoc es pot afirmar si és una modificació de la fase ròmbica o bé un polimorf. En general, les capes fines de MMO s'orienten preferentment amb els plans moleculars més densos paral·lels a la superfície del substrat. Això és degut a que aquests plans són els que contenen les interaccions intermoleculars més fortes i les energies interfacials més baixes. Aquest fet s'il·lustra amb l'EDT-TTF (Cap. 6). Quan la interacció molècula-substrat és relativament forta les capes no s'orienten necessàriament amb els plans més energètics paral·lels al substrat. En el cas de l'EDT-TTF-COOH (Cap. 6) sobre substrats d'halurs alcalins resulta energèticament més favorable trencar els enllaços per pont d'hidrogen dels dímers a l'interfase mantenint en les monocapes posteriors l'estructura monoclínica. La tècnica d'evaporació en alt buit no és universal, no s'obtenen sempre capes cristal·lines altament orientades. L'experiència acumulada indica que no es pot dir a priori si un material formarà capes cristal·lines. Arguments com mida, asimetria, massa, funcionalització, etc. de les molècules no són bons indicadors. Els resultats relatius als OFET (Cap. 8) amb derivats neutres de TXF no són concloents. El sistema TMTTF / Al2O3 no presenta conducció per efecte camp. En el TMTSF / SiO2 s'ha observat, en una ocasió, increment de corrent entre la font i el drenador en funció del VG.