Comportamento degli elettroni sulle interfacce dei materiali
Poiché i dispositivi organici, come i display a emissione di luce, le celle solari e i sensori biologici e chimici si basano sulla deposizione di strati di materiali di varia natura, la caratterizzazione delle interfacce tra i metalli, ossidi e materiali isolanti o semi-conduttori impiegati diventa un'operazione cruciale. Sebbene numerose iniziative abbiano condotto a una maggiore comprensione della morfologia di queste sostanze e interfacce, per completare il quadro, è stata necessaria una caratterizzazione dettagliata dei processi elettrici rilevanti. Il progetto MINOTOR ("Modelling of electronic processes at interfaces in organic-based electronic devices"), finanziato dall'UE, ha consentito di compiere enormi progressi in tale settore, spingendo i ricercatori a occuparsi contemporaneamente di interfacce metallo/organico (M/O), organico/organico (O/O) e inorganico/organico (I/O). Nell'ambito dell'iniziativa, sono stati adottati metodi basati sulla Trasformata discreta di Fourier (DFT) incentrata sui funzionali della densità che descrivono dal punto di vista matematico la densità di elettroni di numerosi sistemi caratterizzati dalla presenza di tali particelle. Gli scienziati si sono serviti di tali approcci allo scopo di valutare la cosiddetta "funzione di lavoro", nonché il blocco del livello di Fermi (Fermi level pinning, FLP), correlati rispettivamente alla rimozione di un elettrone da una superficie e alla prevenzione di tale fenomeno. Approcci DFT standard registravano buone prestazioni nella descrizione di interfacce M/O caratterizzate da un forte accoppiamento tra le molecole e la superficie. È stata quindi dimostrata la possibilità di ottimizzare in modo correlato le caratteristiche degli elettroni di superficie degli elettrodi di metallo mediante la modifica delle molecole che formano monostrati autoassemblati (SAM) utilizzati come rivestimenti. In caso di accoppiamenti deboli, come accade ad esempio per un metallo coperto da un sottile strato di ossido nativo, il metodo della Trasformata discreta di Fourier ha condotto a una riproduzione affidabile degli effetti del blocco del livello di Fermi. I funzionali DFT corretti a lungo raggio sono stati consigliati per la descrizione della distribuzione delle cariche interfacciali O/O con un trasferimento di carica parziale tra donatori e accettori. Tuttavia, i modelli microelettrostatici (ME) rappresentavano la scelta preferenziale rispetto all'approccio DFT per i sistemi O/O dominati da effetti di polarizzazione. Quanto alle interfacce I/O, gli sperimentatori hanno dimostrato l'ottimizzazione della funzione di lavoro degli strati di ossidi mediante l'innesto delle molecole che formano i monostrati autoassemblati. Ai fini della descrizione simultanea delle distribuzioni delle densità degli elettroni sulle interfacce, è necessario adottare metodi DFT basati su legami forti. I ricercatori hanno inoltre creato numerosi dispositivi, tra cui sistemi spintronici e celle solari, allo scopo di collegare la teoria alla pratica, dimostrando la capacità dei SAM di ottimizzare le caratteristiche delle interfacce e il ruolo della morfologia delle stesse nelle prestazioni dei dispositivi. L'analisi approfondita dei processi elettrici che hanno luogo su tutte le interfacce condotta nell'ambito dell'iniziativa MINOTOR consentirà ai futuri progettisti di creare prodotti caratterizzati da elevate prestazioni.
