Fuerzas inducidas por corriente en rotores moleculares Brownianos

RIBETTO, FEDERICO D.; DEGHI, SEBASTIÁN E.; CALVO, HERNÁN L.; BUSTOS-MARÚN, RAÚL A.

Taller; 3° Escuela y Taller Argentino de Cuántica - CUANTOS 2020; 2021

Instituto de Física La Plata

En la actualidad el avance de la nanotecnologı́a ha impulsado el desarrollo de dispositivos nanométricos que pueden consistir de moléculas individuales y funcionar, por ejemplo, como un motor eléctrico. Estos motores moleculares consisten en moléculas asimétricas adsorbidas a un sustrato, las cuales requieren de un acople con una fuente externa de energı́a para poder girar sobre un dado eje. Esta energı́a puede ser provista por el paso de un flujo de electrones proveniente de la punta de un microscopio STM, dispositivo que puede ser utilizado en simultáneo para observar las rotaciones [1,2]. El principio de funcionamiento de este tipo de sistema es el mismo que el de los denominados motores Brownianos [3], y se basa en una combinación de potenciales asimétricos y eventos aleatorios de tuneleo inelástico de electrones. Sin embargo, dado que hay corrienteseléctricas involucradas en el proceso y teniendo en cuenta que estas pueden inducir fuerzas no-conservativas en sistemas nanométricos [4,5,6], resulta interesante entonces preguntarse sobre el rol de las llamadas fuerzas inducidas por corriente (FICs) en estos rotores moleculares.En este trabajo adoptamos un enfoque de ecuación de Langevin y tomamos la base teórica de los motores Brownianos para desarrollar un modelo simple capaz de reproducir resultados experimentales sobre rotores moleculares [1]. Estos incluyen tanto ladireccionalidad del rotor como los histogramas que describen la distribución angular de sus rotaciones. Para estimar el rol de las FICs se estudió un modelo Hamiltoniano mı́nimo cuyos parámetros fueron ajustados para reproducir la variación de las corrientes (medidas experimentalmente) en función de la posición del rotor. Con este modelo se calcularon las corrientes eléctricas, las fuerzas y el trabajo mecánico mediante el formalismo de funciones de Green de no-equilibrio en la aproximación adiabática. Nuestros resultados indican que si bien la contribución no conservativa de las FICs es pequeña, estas producen una distorsión importante tanto en la direccionalidad como en la distribución de rotaciones. De acuerdo a esto, la inclusión de FICs en el modelado de rotores moleculares impulsados por corrientes resultarı́a fundamental para una completa descripción del fenómeno.[1] H. Tierney, C. Murphy, A. Jewell et al, Experimental demonstration of a single-molecule electric motor,Nature Nanotech. 6, 625 (2011).[2] C. Murphy, C. Sykes, Development of an electrically driven molecular motor, Chem. Rec. 14, 834 (2014).[3] P. Hänggi, F. Marchesoni, Artificial Brownian motors: Controlling transport on the nanoscale, Rev. Mod.Phys. 81, 387 (2009).[4] F.D. Ribetto, R.A. Bustos Marún, H.L. Calvo, Role of coherence in quantum-dot-based nanomachineswithin the Coulomb blockade regime, Phys. Rev. B. 103, 155435 (2021).[5] S.E. Deghi, L.J. Fernández?Alcázar, H.M. Pastawski, R.A. Bustos Marún, Current-induced forces insingle-resonance systems, J. Phys.: Condens. Matter 33, 175303 (2021).[6] R.A. Bustos?Marún, G. Refael, F. von Oppen, Adiabatic Quantum Motors, Phys. Rev. Lett. 111 6 (2013).