BUSTOS MARUN RAUL ALBERTO
Congresos y reuniones científicas
Título:
Fuerzas inducidas por corriente en rotores moleculares Brownianos.
Autor/es:
RIBETTO, FEDERICO D.; DEGHI, SEBASTIÁN; CALVO, HERNÁN L.; BUSTOS MARÚN, RAÚL A.
Reunión:
Congreso; 106º Reunión Anual de la Asociación Física Argentina.; 2021
Resumen:
En la actualidad el avance de la nanotecnología ha impulsado el desarrollo de dispositivos nanométricos que pueden
consistir de moléculas individuales y funcionar, por ejemplo, como un motor eléctrico. Estos motores moleculares
consisten en moléculas asimétricas adsorbidas a un sustrato, las cuales requieren de un acople con una fuente
externa de energía para poder girar sobre un dado eje. Esta energía puede ser provista por el paso de un flujo
de electrones proveniente de la punta de un microscopio STM, dispositivo que puede ser utilizado en simultáneo
para observar las rotaciones [1,2].
El principio de funcionamiento de este tipo de sistema es el mismo que el de los denominados motores Brownianos
[3], y se basa en una combinación de potenciales asimétricos y eventos aleatorios de tuneleo inelástico de electrones.
Sin embargo, dado que hay corrientes eléctricas involucradas en el proceso y teniendo en cuenta que estas pueden
inducir fuerzas no-conservativas en sistemas nanométricos [4,5,6], resulta interesante entonces preguntarse sobre
el rol de las llamadas fuerzas inducidas por corriente (FICs) en estos rotores moleculares.
En este trabajo adoptamos un enfoque de ecuación de Langevin y tomamos la base teórica de los motores Brow-
nianos para desarrollar un modelo simple capaz de reproducir resultados de un trabajo experimental sobre rotores
moleculares [1]. Estos incluyen tanto la direccionalidad del rotor como los histogramas que describen la distri-
bución angular de sus rotaciones. Para estimar el rol de las FICs se estudió un modelo Hamiltoniano mínimo
cuyos parámetros fueron ajustados para reproducir la variación de las corrientes (medidas experimentalmente) en
función de la posición del rotor. Nuestros resultados indican que si bien la contribución no conservativa de las
FICs es pequeña, estas producen una distorsión importante tanto en la direccionalidad como en la distribución
de rotaciones. De acuerdo a esto, la inclusión de FICs en el modelado de rotores moleculares impulsados por
corrientes resultaría fundamental para una completa descripción del fenómeno.
Referencias:
[1] H. Tierney, C. Murphy, A. Jewell. et al., Experimental demonstration of a single-molecule electric motor,
Nature Nanotech. 6, 625–629 (2011).
[2] C. Murphy & C. Sykes, Development of an electrically driven molecular motor, Chem. Rec. 14, 834 (2014).
[3] P. Hänggi & F. Marchesoni, Artificial Brownian motors: Controlling transport on the nanoscale, Rev. Mod.
Phys. 81, 387- (2009).
[4] F. D. Ribetto, R. A. Bustos-Marún & H. L. Calvo, Role of coherence in quantum-dot-based nanomachines
within the Coulomb blockade regime, Phys. Rev. B. 103, 155435 (2021).
[5] S. E. Deghi, L. J. Fernández–Alcázar, H. M. Pastawski & R. A. Bustos–Marún, Current-induced forces in
single-resonance systems, J. Phys.: Condens. Matter 33, 175303 (2021).
[6] R. A. Bustos–Marún, G. Refael & F. von Oppen, Adiabatic Quantum Motors, Phys. Rev. Lett. 111, 6 (2013).
consistir de moléculas individuales y funcionar, por ejemplo, como un motor eléctrico. Estos motores moleculares
consisten en moléculas asimétricas adsorbidas a un sustrato, las cuales requieren de un acople con una fuente
externa de energía para poder girar sobre un dado eje. Esta energía puede ser provista por el paso de un flujo
de electrones proveniente de la punta de un microscopio STM, dispositivo que puede ser utilizado en simultáneo
para observar las rotaciones [1,2].
El principio de funcionamiento de este tipo de sistema es el mismo que el de los denominados motores Brownianos
[3], y se basa en una combinación de potenciales asimétricos y eventos aleatorios de tuneleo inelástico de electrones.
Sin embargo, dado que hay corrientes eléctricas involucradas en el proceso y teniendo en cuenta que estas pueden
inducir fuerzas no-conservativas en sistemas nanométricos [4,5,6], resulta interesante entonces preguntarse sobre
el rol de las llamadas fuerzas inducidas por corriente (FICs) en estos rotores moleculares.
En este trabajo adoptamos un enfoque de ecuación de Langevin y tomamos la base teórica de los motores Brow-
nianos para desarrollar un modelo simple capaz de reproducir resultados de un trabajo experimental sobre rotores
moleculares [1]. Estos incluyen tanto la direccionalidad del rotor como los histogramas que describen la distri-
bución angular de sus rotaciones. Para estimar el rol de las FICs se estudió un modelo Hamiltoniano mínimo
cuyos parámetros fueron ajustados para reproducir la variación de las corrientes (medidas experimentalmente) en
función de la posición del rotor. Nuestros resultados indican que si bien la contribución no conservativa de las
FICs es pequeña, estas producen una distorsión importante tanto en la direccionalidad como en la distribución
de rotaciones. De acuerdo a esto, la inclusión de FICs en el modelado de rotores moleculares impulsados por
corrientes resultaría fundamental para una completa descripción del fenómeno.
Referencias:
[1] H. Tierney, C. Murphy, A. Jewell. et al., Experimental demonstration of a single-molecule electric motor,
Nature Nanotech. 6, 625–629 (2011).
[2] C. Murphy & C. Sykes, Development of an electrically driven molecular motor, Chem. Rec. 14, 834 (2014).
[3] P. Hänggi & F. Marchesoni, Artificial Brownian motors: Controlling transport on the nanoscale, Rev. Mod.
Phys. 81, 387- (2009).
[4] F. D. Ribetto, R. A. Bustos-Marún & H. L. Calvo, Role of coherence in quantum-dot-based nanomachines
within the Coulomb blockade regime, Phys. Rev. B. 103, 155435 (2021).
[5] S. E. Deghi, L. J. Fernández–Alcázar, H. M. Pastawski & R. A. Bustos–Marún, Current-induced forces in
single-resonance systems, J. Phys.: Condens. Matter 33, 175303 (2021).
[6] R. A. Bustos–Marún, G. Refael & F. von Oppen, Adiabatic Quantum Motors, Phys. Rev. Lett. 111, 6 (2013).
