FWF - Material Design - Elektrostatisches Design von Materialien

Typischerweise verlässt man sich bei der Entwicklung neuer Materialien für die organische und molekulare Elektronik auf wohl etablierte Strategien, wie die kontrollierte Einstellung des Grades an -Konjugation, die chemische Substitution mit funktionalen Substituenten hoher bzw. niedriger Elektronendichte und den gezielten Einsatz organischer Heterozyklen. Ziel dieses Projekts ist es, das Potential eines radikal anderen Zuganges aufzuzeigen: Wir werden die Nützlichkeit so genannter kollektiver elektrostatischer Effekte zur gezielten Manipulation und Einstellung physikalischer Materialeigenschaften aufzeigen. Diese Effekte entstehen als Folge der Überlagerung der Felder geordneter zweidimensionaler Anordnungen polarer Molekülbausteine. Um die Möglichkeiten dieser Strategie aufzuzeigen, werden wir eine Vielzahl an quantenmechanischen Simulationstechniken auf eine Reihe von organischen und organisch-anorganischen Hybridsystemen anwenden. Durch die lokale Manipulation der Energie elektronischer Zustände verknüpft mit der daraus resultierenden Lokalisierung der Orbitale in wohl definierten räumlichen Bereichen werden wir Strategien aufzeigen, wie sich auf diese Weise Objekte mit komplexen elektronischen Eigenschaften realisieren lassen. Diese umfassen beispielsweise Quantenkaskaden, Typ-2 Monolagenquantentröge, 3D Materialien mit energetisch gegeneinander versetzen Säulen -gekoppelter Heterozyklen und quasi eindimensionale Elektronen- und Lochdrähte, die durch geordnete polare Adsorbate in zweidimensionalen Halbleiterschichten eingeschrieben werden. In diesen Strukturen erwarten wir eine Kontrolle über ballistische Transporteigenschaften, die Energetik sogenannter Ladungstransfer-Exzitonen und die örtliche Lokalisierung von Überschussladung erreichen zu können. Das primäre Ziel des Projektes ist es, das Potential eines neuartigen Schemas zur Kontrolle von Materialeigenschaften zu evaluieren. Dementsprechend werden wir es auf verschiedene Typen von Materialien aus den Gebieten der organischen, molekularen und Hybridelektronik anwenden. Außerdem werden wir einen weiten Bereich an Materialeigenschaften simulieren. Dies wird die Berechnung der elektronischen Struktur und Orbitallokalisierung, die Simulation ballistischer Transportprozesse und die Beschreibung von Anregungen umfassen. Dementsprechend erwarten wir vom vorliegenden Projekt auch tiefgehende Einsichten, was die Verwendung verschiedener theoretischer Methoden zur zuverlässigen Simulation komplexer Hybridmaterialien betrifft. Eine große Stärke wird in dem Kontext die umfangreiche Erfahrung des Antragstellers mit organischen Halbleitermaterialien sein. Diese umfasst einerseits die Simulation von deren Eigenschaften mit verschiedensten Techniken, andererseits aber auch deren experimentelle Untersuchung mit spektroskopischen Methoden und die Entwicklung unkonventioneller Bauelementkonzepte. Diese Erfahrungen werden ideal durch die Expertise mehrerer internationaler Kooperationspartner ergänzt.