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O que é transporte hopping? Por que esse método afeta a mobilidade da carga?
No campo da ciência dos materiais, o mecanismo de transporte de carga é um modelo teórico importante para estudar como a corrente elétrica flui em um meio específico. Esses mecanismos podem ser divididos em dois tipos principais: sólidos cristalinos e sólidos moleculares. Esses dois extremos representam características diferentes dos materiais no transporte de carga, o que por sua vez leva a diferentes comportamentos de fluxo de carga.
Em sólidos cristalinos, o transporte de carga é realizado principalmente por meio de "transporte interno", também conhecido como transporte de banda; enquanto em sólidos moleculares, é realizado por meio de "transporte de salto". Essa natureza saltitante do transporte significa que a carga "salta" entre as moléculas, um processo que é afetado por vários fatores, como temperatura, campo elétrico aplicado e concentração do estado local.
"Em sólidos desordenados, o potencial de localização leva a efeitos de localização fracos (pontos fixos), que reduzem o caminho livre médio de cargas móveis e, portanto, afetam sua mobilidade."
Conceitos básicos de transmissão de salto
O transporte de saltos é um mecanismo de transporte de carga amplamente utilizado em materiais amorfos ou desordenados. Nesse processo, os portadores de carga (como elétrons) devem superar certas barreiras de energia para "saltar" para moléculas ou átomos vizinhos. Esse mecanismo geralmente se aplica a sólidos moleculares e materiais poliméricos.
À medida que o campo elétrico muda, a mobilidade das cargas pode ser afetada. Por exemplo, campos elétricos elevados promovem a ionização térmica dos elétrons, facilitando a superação de obstáculos e saltos. Esse fenômeno envolve tanto o movimento térmico quanto as propriedades estruturais do material, por isso é muito complexo.
Efeitos de concentração de estados localizados
Experimentalmente, foi demonstrado que quando a concentração de estados localizados aumenta, a mobilidade das cargas muda de maneira não linear. Isso ocorre porque no modelo de salto de vizinho mais próximo em baixas concentrações, a probabilidade de salto de carga decai exponencialmente à medida que a distância entre átomos ou moléculas aumenta.
"Em um sistema desordenado, à medida que a concentração de estados localizados aumenta, a mobilidade das cargas tende a diminuir."
A influência da temperatura no transporte de carga
A temperatura é um fator importante que afeta a mobilidade da carga. Quando a temperatura aumenta, a energia cinética média das cargas também aumenta, o que pode facilitar que os elétrons superem as barreiras de energia e saltem. Entretanto, em alguns casos, a temperatura excessiva também pode levar à recombinação de portadores de carga com estados localizados, reduzindo assim a mobilidade.
Em baixa densidade de portadores, a equação de Mott para condutividade é usada para descrever o efeito da temperatura no transporte de saltos, indicando que dentro de um certo intervalo de parâmetros, a condutividade muda com a temperatura. Além disso, à medida que a densidade do portador aumenta, a condução de ativação descrita pela lei de Arrhenius também pode afetar significativamente a condutividade.
A influência do campo elétrico
O campo elétrico aplicado não afeta apenas a força motriz da carga, mas também pode afetar significativamente a mobilidade da carga. Estudos mostram que, sob baixa tensão, o movimento dos portadores de carga pode seguir uma lei exponencial, o que significa que, sob campos elétricos fortes, a velocidade do movimento dos portadores aumenta.
"O estudo mostra que a aplicação de um alto campo elétrico aumenta a mobilidade dos portadores de carga, e isso foi confirmado em uma ampla gama de intensidades de campo."
Determinação experimental e perspectivas futuras
O mecanismo de transporte de carga é frequentemente determinado pela construção de um dispositivo e pela medição de suas características de corrente-tensão. Além disso, fabricar esses dispositivos usando métodos de deposição de microfilmes finos ou analisar mais profundamente os mecanismos de transporte por outros meios pode aprofundar nossa compreensão desse fenômeno.
Atualmente, a comunidade acadêmica ainda está ativa em pesquisas sobre transporte de saltos e mobilidade de carga relacionada, o que pode trazer inspiração inovadora para o design de futuros materiais e dispositivos eletrônicos. Entender o transporte por saltos pode nos ajudar a desenvolver dispositivos eletrônicos mais eficientes, mas como essa mobilidade em nível microscópico afeta nossa vida diária?
