Tunneling through a Spin Barrier in Chiral Molecules

Abstract

La espintrónica molecular en sistemas biológicos ha sido un campo de investigación de gran interés en los últimos años. El descubrimiento experimental del efecto Chiral Induced Spin Selectivity (CISS) en aminoácidos, oligopéptidos y ADN ha llevado a una carrera para explicar este fenómeno desde el punto de vista teórico. El enfoque principal es determinar la fuente de la actividad de espín en soportes orgánicos sin centros magnéticos o átomos pesados y explicar el efecto de polarización de espín muy grande que puede ser mayor que el de las interfaces ferromagnéticas. En este proyecto, derivamos un modelo analítico de moléculas quirales para explicar el proceso de túnel de electrones como mecanismo de transporte en sistemas biológicos quirales, como el ADN. Se realiza un estudio basado en un modelo analítico de Tight-Binding de una molécula de ADN de doble hélice, con un tipo de par de nucleótidos y un orbital π orientado a bases, en el que se incorporan contribuciones cinéticas e intrínsecas Spin-Orbita (ISO). Como parte de este modelo, se deriva un hamiltoniano consistente con el transporte de carga en este sistema y se detalla el proceso de tunelización que está fuertemente acoplado con la interacción ISO. La actividad de espín se evidenciará mediante un acoplamiento de espín efectivo de primer orden en el hamiltoniano resultante evaluado en la energía de Fermi, a través de cálculos de transporte tales como corrientes de carga, corrientes de espín y densidad de par. Adicionalmente, se desarrolla una técnica para describir sistemas de oligoacenos mediante un hamiltoniano eficaz, mediante el método de diezmado, para ser utilizado como medio para estudiar el transporte cuántico de electrones en estas moléculas.