Yarı iletken polimerlerin bant aralıklarının ve osilatör güçlerinin kuantum mekaniksel yöntemlerle araştırılması

Son yıllarda iletkenliklerinin keşfedilmesiyle beraber polimerler birçok uygulamada metallerin yerini almaya başlamıştır. Polimerlerin kolay hazırlanmaları, düşük maliyetleri, korozyona karşı dayanıklı olmaları ve hafif olmaları, onları metaller üzerinde avantajlı kılar. Polimerlerin kendisinin doğrudan herhangi bir metal ile birleştirilmeden de iletken olabileceği ilk kez 1950li yıllarda ortaya çıkmıştır ve o zamandan bugüne yapılan çalışmalar polimerlerin iletkenliğini artırmayı hedeflemektedir. İletken polimerlerin kullanım alanlarına örnek olarak organik güneş pilleri, elektronik devreler, organik ışık yayan diyotları, aktüatörler, kimyasal ve biyo-sensörler gösterilebilir. Polimerlerde iletkenlik bant aralığı teorisi yardımıyla ii açıklanır. Eğer enerji düzeyinde valans bandı ile iletkenlik bandı arasında 9 eV veya daha fazla potansiyel farkı varsa bu polimer yalıtkandır. Bu potansiyel farkı 0,1 ile 4 eV arasında değişiyorsa bu polimerin yarı iletken olduğunun işaretidir. İletken polimerlerde ise valans bandı ile iletkenlik bandı iç içe geçmiş durumdadır. Polimerlerin iletkenlik özellikleri hem deneysel hem de teorik yollarla çalışılabilmektedir. Deneysel tekniklerde güvenilir sonuçlar elde edilmesine karşın, laboratuvar ortamında yapılan sentezleme ve ayrıştırma işlemleri sebebiyle zamana ihtiyaç duyulmaktadır, fakat teorik çalışmalarla bu işlemlere gerek kalmadan yalnızca bilgisayarlar ve gelişmiş yazılımlar sayesinde polimerlerle ilgili birçok bilgi kolaylıkla elde edilebilmektedir. Teorik çalışmaların önemli bir kolu olan kuantum mekaniksel yöntemler Yarı deneysel (Semi-Empirical), Ab Initio ve Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi (DFT) olarak sıralanabilir. Bu çalışmada poliasetilen (trans ve cis yapılı), politiyofen, poli(p-fenilen) ve poli(p-fenilen vinilen)'in Ab Initio tekniklerinden olan tekli uyarılmış konfigürasyon etkileşimi yöntemi (CIS) yoğunluk fit edilmesi tekniği (DF) kullanılarak bant aralıkları ve osilatör güçleri değerleri hesaplanmıştır. Aynı polimerlerin bu değerleri bir de TD-DFT (zamana bağlı yoğunluk fonksiyonel teorisi) tekniğiyle elde edildikten sonra her iki yöntem hem birbiriyle hem de literatürdeki deneysel verilerle kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermektedir ki, TD-DFT tekniğiyle elde edilen bant aralığı değerleri deneysel verilere çok yakınken, CIS metodu ile hesaplanan değerler hem TD-DFT değerlerinden hem de deneysel sonuçlardan belirli bir miktar yüksektir.