Molekulare Materialien sind aufgrund ihrer

Molekulare Materialien sind aufgrund ihrer Anwendungsmöglichkeiten in der Photovoltaik,
Elektronik, Spintronik und Photonik sowohl in der Grundlagenforschung als auch im
technologischen Bereich von großer Bedeutung. Eine der herausragenden Eigenschaften
molekularer Materialien ist, dass ihre elektronischen, magnetischen und optischen
Eigenschaften über einen weiten Bereich variiert werden können. Um aus den komplexen
und dynamischen Zusammenhängen zwischen der chemischen Struktur und der
physikalischen und chemischen Funktionalität dieser Materialien technologischen Nutzen zu
ziehen, ist Verständnis und Kontrolle ihrer Eigenschaften auf atomarer Ebene unerlässlich.
In dieser Arbeit haben wir auf der Nanoskala untersucht, wie molekulare photovoltaische
Systeme über Reaktionen an Oberflächen von Grund auf (Atom für Atom und Bindung für
Bindung) synthetisiert werden können, wie die chemische Struktur solcher Systeme ihre
elektronischen Eigenschaften beeinflusst und wie die Funktionalität von Molekülen auf
Graphen-Substraten über eine Steuerspannung kontrolliert werden kann.
Mithilfe der Rasterkraftmikroskopie konnten wir die Umordnung von chemischen Bindungen
in Zyklisierungs- und Kopplungsreaktionen von organischen Molekülen auf metallischen
Oberflächen verfolgen. Diese Methode ermöglicht die direkte Abbildung der chemischen
Struktur der Ausgangsstoffe, Zwischenprodukte und Endprodukte verschiedener kompetitiver
Reaktionswege. Dadurch können Reaktionsmechanismen direkt abgeleitet werden. Weiters
konnten wir - basierend auf theoretischen Rechnungen - aufklären, wie Energietransfer auf
der atomaren Ebene die globale Reaktionskinetik beeinflusst.
Kopplungsreaktionen dieser Art wurde verwendet, um molekulare Polymer-Ketten auf
metallischen Oberflächen zu synthetisieren. Durch Veränderung der chemischen Struktur
dieser Polymer-Ketten können deren elektronische Eigenschaften gesteuert werden.
Rastertunnelmikroskopische Untersuchungen zeigen einen eindimensionalen elektronischen
Transportkanal entlang der molekularen Ketten. Solche Kanäle sind für Ladungstransport in
photovoltaischen Systemen von großer Bedeutung und haben einen starken Einfluss auf die
Effizienz solcher Systeme.
Weiters haben wir in diesem Projekt den Prototyp eines hybriden Molekül-Graphen Bauteils
vorgestellt, das es erlaubt, über eine Steuerspannung molekulare Energieniveaus zu
verschieben. Auf diese Weise kann molekulare Funktionalität dynamisch beeinflusst werden
und so eine Reihe von physikalischen und chemischen Eigenschaften (das sind zum Beispiel
optische Absorptionseigenschaften, Magnetismus, mechanische Eigenschaften oder
katalytische Aktivität) gesteuert werden.