Tight binding description of the electron-phonon and spin-phonon interactions in electron transfer in DNA

Abstract

La estructura única del ADN está ligada a la amplia gama de propiedades interesantes que ha mostrado esta molécula. Últimamente, las propiedades electrónicas de esta molécula llamaron la atención en el campo de la espintrónica, en concreto, debido a la capacidad de actuar como filtro de espín. Sin embargo, el mecanismo que controla este comportamiento aún no se ha aclarado; además en experimentos sobre la conducción del ADN se observó comportamiento de aislante, en otros se observaban comportamiento de semiconductor, conductor o superconductor. Para continuar con esta línea de investigación y descubrir cómo hacer nuevos dispositivos usando ADN, este trabajo trata de describir su transferencia de electrones en base a los orbitales pi en la forma B de esta molécula, considerando los efectos de fonón y espín; que están presentes en condiciones fisiológicas, donde las aplicaciones son más importantes. Usando la aproximación de dos centros, la función envolvente, la función de suavizado y la aproximación de enlace fuerte, se desarrollaron dos modelos para estudiar la transferencia electrónica en el ADN. Se encontró que los fonones tienen relevancia tanto en la transferencia intra-hélice como inter-hélice; mientras que la interacción espín-fonón se encuentra solo en intra-hélice con cambio de espín. Los fonones ópticos se acoplan a los electrones en primer orden mientras que los acústicos solo se acoplan en segundo orden, por lo que los modos ópticos son mucho más relevantes. El acoplamiento intra-hélice sin cambio de espín consiste en un término cinético de segundo orden, por lo que las interacciones de fonón y espín no afectan a este acoplamiento. En conclusión, el modelo fue capaz de hacer predicciones describiendo cualitativamente la persistencia de la coherencia implícita en los experimentos.