Theoretical study of the electronic properties of organic semiconducting materials

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2008 (EN)
Μελέτη της ηλεκτρονικής δομής οργανικών ημιαγωγών υλικών με θεωρητικές μεθόδους
Theoretical study of the electronic properties of organic semiconducting materials

Βολωνάκης, Γεώργιος Νικολάου

Στο πρώτο μέρος αυτής της διπλωματικής εργασίας δίνεται εν συντομία μια ιστορική αναδρομή των οργανικών υλικών και αναφέρονται οι σημαντικότερες στιγμές στην εξέλιξη τους. Ακολούθως παρουσιάζονται διάφορες σύγχρονες εφαρμογές των οργανικών υλικών κυρίως στον τομέα των οργανικών ηλεκτρονικών που απασχολεί αυτήν την εργασία. Στην συνέχεια αναλύονται τα ακένια και το ρουμπρίνιο, τα οποία είναι τα υλικά που μελετήθηκαν. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας αναπτύσεται η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε. Συγκεκριμένα περιγράφονται οι βασικές ιδέες της Density Functional Theory (DFT) αλλά και η πορεία που ακολούθησαν οι επιστήμονες μέχρι την θεμελίωση της καθώς επίσης εξηγείται και η μέθοδος των ψευδοδυναμικών. Αυτές είναι και οι θεωρίες στις οποίες βασίστηκε η μελέτη των ηλεκτρονικών αλλά και δομικών ιδιοτήτων των οργανικών υλικών σε αυτήν την εργασία. Ακολούθως δίνεται μία εισαγωγή στο grid computing καθώς όλοι οι υπολογισμοί που παρουσιάζονται στο δεύτερο μέρος της εργασίας, έγιναν σε υπολογιστικό σύστημα πλέγματος (HellasGrid). Στο τελευταίο κομμάτι του δεύτερου αυτού μέρους περιγράφεται το ΑΒΙΝΙΤ, που το υπολογιστικό λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε ενώ επίσης περιγράφεται ο τρόπος λειτουργίας και άλλων λογισμικών και γίνεται σύγκριση μεταξύ τους. Στο τρίτο και τελευταίο μέρος παραθέτονται όλα τα αποτελέσματα από τους υπολογισμούς που έγιναν. Αρχικά παρουσιάζονται τα μόρια και όλες οι πιθανές δομές τους που θα μελετηθούν καθώς και όποια αποτελέσματα σχετίζονται με την δομή των υλικών αυτών. Στην συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που σχετίζονται με τις ηλεκτρονικές ιδιότητες των υλικών, χωρισμένα σε δύο μέρη. Πρώτα τα αποτελέσματα για τα τέσσερα πρώτα μέλη της ομάδας των ακενίων και στην συνέχεια τα αποτελέσματα που αφορούν το πεντακένιο και το ρουμπρίνιο, τα οποία είναι και τα πιο πολλά υποσχόμενα υλικά, από αυτά που μελετήθηκαν, στον τομέα των οργανικών ηλεκτρονικών. Τέλος παραθέτονται τα συμπεράσματα και κάποια σχόλια πάνω στα αποτελέσματα που παρουσιάζονται σε αυτήν την διπλωματική εργασία.
Organic electronics are gaining a rapidly increasing share in the electronics industry, attracting scientists and researchers interest over the last few years. Organic materials combine low cost, ease of production and remarkable electronic and optical properties such as transparency, flexibility and the ability of tailoring theirs properties. The scope of this work is the theoretical investigation of the electronic properties of organic semiconducting materials such as acenes and rubrene. First principle quantum mechanical calculations were performed based on the density functional theory (DFT) with the use of pseudopotentials in order to describe the ionic potential. Plane waves were used as a basis for the wave-functions. Exchange and the correlation terms between electrons were described using the local density approximation (LDA). A brief introduction to grid computing is given followed by results of a benchmark use of the ABINIT code installed on a grid computer to show the proper installation, function and abilities of the code. Structural properties of acenes molecules (from benzene to pentacene) and rubrene is studied in order to get the stablest structure. The band structure and the Density of states (DOS) of acenes is computed and analysed to determine the band gap and bandwidth of each structure. Also known polymorphs of the pentacene molecule are studied to investigate the structural impact on the electronic properties. The relation between the structure of acene and band gap is shown, which is in agreement with previous studies, although band gap is underestimated systematically due to the known limitations of DFT-LDA method. The conclusions of this work among with some discussion on the results and possible future work topics are include in the last chapter.

Postgraduate Thesis / Μεταπτυχιακή Εργασία

Electronic properties
Ηλεκτρονικές ιδιότητες
Υπολογιστική φυσική
Οργανικά ηλεκτρονικά
Organic semiconductors
Density functional theory
Οργανικοί ημιαγωγοί
First Principle calculations
Organic electronics

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)