Simulando Transporte eletrônico usando métodos QM/MM e Monte Carlo adaptativo: aplicações a Chips de DNA

Resumo

Nossa busca constante por miniaturização de dispositivos eletrônicos, trás a perspective de novas tecnologias ao mesmo tempo que suscita uma série de questões do ponto de vista da ciência básica. Na escala nanoscópica estes sistemas se comportam de maneira fundamentalmente diferente e exigem um melhor conhecimento do ponto de vista experimental quanto teórico. O objetivo deste projeto é estudar por meio de simulações computacionais as propriedades eletrônicas de sistemas nanoscópicos baseados em grafeno com aplicações em biotecnologia. Em particular nós planejamos desenhar e simular um chip de DNA baseado apenas em propriedades eletrônicas.A fim de realizar isto uma metodologia que combina dinâmica molecular clássica e teoria do funcional da densidade será utilizado (no que se convém chamar de QM/MM). Desta maneira será possível obter a estrutura eletrônica de grafeno e de parte da biomolécula - a região ativa - usando m\'etodos quanto-mecânicos que também irão permitir a inclusão dos efeitos de contra-íons e da água por meio de um potencial clássico. Também iremos atacar o problema de difusão da água quântica em um meio clássico na primeira camada de solvatação desenvolvendo um método adaptativo de Monte Carlo combinado ao QM/MM. A partir daí simularemos o dispositivo (as propriedade de transporte) por meio da teoria de funções de Green fora do equilíbrio.