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¿Qué es el transporte por saltos? ¿Por qué este método afecta la movilidad de la carga?
En el campo de la ciencia de los materiales, el mecanismo de transporte de carga es un modelo teórico importante para estudiar cómo fluye la corriente eléctrica en un medio específico. Estos mecanismos se pueden dividir en dos tipos principales: sólidos cristalinos y sólidos moleculares. Estos dos extremos representan diferentes características de los materiales en el transporte de carga, que a su vez conducen a diferentes comportamientos del flujo de carga.
En los sólidos cristalinos, el transporte de carga se lleva a cabo principalmente a través de "transporte interno", también conocido como transporte de banda; mientras que en los sólidos moleculares, se lleva a cabo a través de "transporte de salto". Esta naturaleza saltante del transporte significa que la carga "salta" entre moléculas, un proceso que se ve afectado por varios factores, como la temperatura, el campo eléctrico aplicado y la concentración del estado local.
"En sólidos desordenados, el potencial de localización conduce a efectos de localización débiles (puntos fijos), que reducen el recorrido libre medio de las cargas móviles y, por tanto, afectan a su movilidad".
Conceptos básicos de la transmisión por saltos
El transporte de salto es un mecanismo de transporte de carga ampliamente utilizado en materiales amorfos o desordenados. En este proceso, los portadores de carga (como los electrones) deben superar ciertas barreras energéticas para "saltar" a las moléculas o átomos circundantes. Este mecanismo se aplica generalmente a sólidos moleculares y materiales poliméricos.A medida que cambia el campo eléctrico, la movilidad de las cargas puede verse afectada. Por ejemplo, los campos eléctricos elevados promueven la ionización térmica de los electrones, lo que les permite superar obstáculos y saltar con mayor facilidad. Este fenómeno involucra tanto el movimiento térmico como las propiedades estructurales del material, por lo que es muy complejo.
Efectos de concentración de estados localizados
Experimentalmente, se ha demostrado que cuando la concentración de estados localizados aumenta, la movilidad de las cargas cambia de manera no lineal. Esto se debe a que en el modelo de salto de vecino más cercano a bajas concentraciones, la probabilidad de salto de carga decae exponencialmente a medida que aumenta la distancia entre átomos o moléculas.
"En un sistema desordenado, a medida que aumenta la concentración de estados localizados, es probable que la movilidad de las cargas disminuya".
La influencia de la temperatura en el transporte de carga
La temperatura es un factor importante que afecta la movilidad de la carga. Cuando la temperatura aumenta, la energía cinética promedio de las cargas también aumenta, lo que puede facilitar que los electrones superen las barreras energéticas y salten. Sin embargo, en algunos casos, la temperatura excesiva también puede provocar la recombinación de portadores de carga con estados localizados, reduciendo así la movilidad.
A baja densidad de portadores, se utiliza la ecuación de Mott para la conductividad para describir el efecto de la temperatura en el transporte por salto, lo que indica que, dentro de un cierto rango de parámetros, la conductividad cambia con la temperatura. Además, a medida que aumenta la densidad de portadores, la conducción de activación descrita por la ley de Arrhenius también puede afectar significativamente la conductividad.
La influencia del campo eléctrico
El campo eléctrico aplicado no sólo afecta la fuerza impulsora de la carga, sino que también puede afectar significativamente la movilidad de la carga. Los estudios han demostrado que, bajo bajo voltaje, el movimiento de los portadores de carga puede seguir una ley exponencial, lo que significa que, bajo campos eléctricos fuertes, la velocidad del movimiento del portador aumenta.
"El estudio muestra que la aplicación de un campo eléctrico elevado aumenta la movilidad de los portadores de carga, y esto se ha confirmado en un amplio rango de intensidades de campo".
Determinación experimental y perspectivas futuras
El mecanismo de transporte de carga a menudo se determina construyendo un dispositivo y midiendo sus características de corriente-voltaje. Además, fabricar estos dispositivos utilizando métodos de deposición de películas microdelgadas o analizar más a fondo los mecanismos de transporte a través de otros medios puede profundizar nuestra comprensión de este fenómeno.
Actualmente, la comunidad académica sigue activa en la investigación sobre el transporte con saltos y la movilidad de carga relacionada, lo que puede aportar inspiración innovadora al diseño de futuros materiales y dispositivos electrónicos. Comprender el transporte mediante saltos puede ayudarnos a desarrollar dispositivos electrónicos más eficientes, pero ¿cómo afecta esta movilidad a nivel microscópico a nuestra vida diaria?
