FWF - Reliably - Zuverlässliche Vorhersage der elektronischen Eigenschaften von SAMs

Projekt: Foschungsprojekt

Beschreibung

Selbstassemblierte Monolagen (SAMs) organischer Moleküle auf (Edel)metallen sind schon seit geraumer Zeit im
Zentrum des Interesses multidisziplinärer Forschungsaktivitäten. Dabei sind deren elektronische Eigenschaften von
besonderer Bedeutung, vor allem dann wenn es um ihre Anwendung im Bereich der organischen und molekularen
Elektronik geht. Außerdem stellen Sie als experimentell besonders umfassend und zuverlässig charakterisierte
Metall/organische Grenzflächen ideale Testsysteme für eine Weiterentwicklung der entsprechenden theoretischen
Methodik dar.
In den letzten Jahren ist es gelungen, umfassende Einsichten in den Zusammenhang zwischen chemischen Struktur
von SAMs und deren elektronischen Eigenschaften zu gewinnen. Der Versuch durch Simulationen quantitativ
zuverlässige Filmeigenschaften vorherzusagen scheiterte dabei allerdings oft einerseits an der vielfach im
Experiment nur schwer vermeidbaren Unordnung innerhalb der Filme. Andererseits leiden die - aufgrund der
Systemgrößen typischerweise im Rahmen der (semi)lokalen Dichtefunktionaltheorie (DFT) durchgeführten
Simulationen - an verschiedenen intrinsischen Problemen.
Ziel des vorliegenden Projekts ist eine genaue Analyse und Korrektur dieser Unzulänglichkeiten: Dazu werden wir
einerseits Moleküldynamikrechnungen durchführen um den Einfluss von Temperatur, fehlerhafter Packung und
nicht perfekten Substratoberflächen auf die SAM-Struktur zu simulieren. Mit Hilfe der so gewonnen strukturellen
Daten lassen sich dann weiterführende Berechnungen der elektronischen Struktur der Grenzflächen durchführen
um um die Rolle struktureller "Fehler" zu charakterisieren.
Parallel dazu werden wir Strategien entwickeln, um den Einfluss der Hauptprobleme (semi)lokalen DFT auf die
Simulationsergebnisse zu minimieren. Dazu werden wir Methoden testen, die eine möglichst quantitative
Beschreibung von van der Waals Wechselwirkungen erlauben. Außerdem werden wir unter anderem so genannte
"post-DFT" Methoden und Hybridfunktionale evaluieren, die entweder das "band-gap" Problem von DFT und/oder
die in DFT fehlende Beschreibung der Polarisation des Metalls durch langreichweitige Korrelationseffekte
zumindest eingeschränkt behandeln können.
Die geplante Forschung wird in enger Kooperation mit internationalen und nationalen Partnern durchgeführt
werden, die entweder in der theoretischen oder experimentellen Charakterisierung Metall/organischer Grenzflächen
tätig sind. Dies ist für das Projekt von besonderer Bedeutung, da es einerseits die Behandlung von Fragestellungen
erlaubt, die in ihrer Breite in einer Arbeitsgruppe nicht möglich wären und uns andererseits die Möglichkeit gibt,
die erzielten Ergebnisse durch den Vergleich mit Experimenten zu verifizieren
StatusAbschlussdatum
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende15/11/1215/11/15