Lächelnder Krebs mit Zylinder im Labor
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Wir untersuchen umfassend die strukturellen und physikalischen Eigenschaften ultradünner hochgeordneter Schichten (sowohl Molekülfilme als auch 2D Materialien) auf unterschiedlichen einkristallinen Substraten, um die Grundlagen für zukünftige opto-elektronische Bauelemente zu schaffen.
Sie interessieren sich für eine Bachelor-, Master- oder Doktorarbeit? Dann vereinbaren Sie bitte per E-Mail (Prof. Dr. Torsten Fritz) einen Gesprächstermin. Wir werden dann gemeinsam mit Ihnen ein Thema finden, das zu Ihren speziellen Interessen und Fähigkeiten am besten passt und welches sich in unsere aktuelle Forschung eingliedert. Gerne können Sie auch schon in der vorlesungsfreien Zeit bei uns reinschauen und die Labore sowie die Kollegen kennenlernen.
Smells like aromaticity: Schematische Darstellung möglicher Strukturen von Py4O (links) und Pyrene (rechts). Die Sauerstoffe haben einen wesentlichen Einfluss auf die Ausbildung möglicher Strukturen.
Foto: Jonas BrandhoffIn Zusammenarbeit mit einer befreundeten Theoriegruppe aus Graz wurden verschiedene Vorhersagen über die Wechselwirkung von Molekülen mit unterschiedlichen Substraten getroffen. Eines dieser Moleküle ist das 4,5,9,10-Pyrenetetrone, kurz Py4O. Je nach Stärke der Wechselwirkung mit dem Substrat verändern sich dessen elektronische Eigenschaften, und das Molekül beginnt sich den Eigenschaften des Pyrenes anzunähern. Anders als das Py4O hat das Pyrene keinen Sauerstoff in der molekularen Struktur. Diese Sauerstoffe spielen jedoch bei der Strukturbildung auf Oberflächen eine wesentliche Rolle. Um den oben genannten Prozess besser zu verstehen, müssen Schichten beider Moleküle auf metallischen Substraten hinsichtlich ihrer strukturellen Eigenschaften untersucht werden.
Ziel ist es, die theoretischen Vorhersagen experimentell zu prüfen. Hierfür soll die Ordnung der Moleküle auf einer Kupferoberfläche untersucht werden. Es soll ein direkter Vergleich zwischen den Strukturen von Py4O und Pyrene getroffen werden und Gemeinsamkeiten bzw. Unterschiede zur Theorie diskutiert werden. Die Charakterisierung der Strukturen erfolgt mittels low-energy electron diffraction (LEED), sowie scanning tunneling microscopy (STM). In Kombination bieten diese Methoden die Möglichkeit, die Gitterparameter mit sub-Ångström Genauigkeit zu bestimmen und den Inhalt der Einheitszelle zu ermitteln.
Veranschaulichung der Wechselwirkung optischer Übergangsdipolmomente in MePTCDI-Monolagen
Foto: Torsten FritzBedeutende Vorteile organischer Halbleiter gegenüber anorganischen Materialien sind ihre um mehrere Größenordnungen stärkere Lichtabsorption, sowie der Fakt, dass sowohl Lichtemission als auch -absorption sehr stark wellenlängenselektiv sind. Dies prädestiniert sie für optoelektronische Bauelemente (OLEDs, OSCs). Dabei sind die optischen Eigenschaften ultradünner Molekülschichten (typischerweise nur 1 Monolage dick), die hochgeordnet auf geeigneten Substraten gewachsen werden, geprägt durch das Zusammenspiel von Einzelmoleküleigenschaften und der optischen Kopplung in 2D-Aggregaten.
Kürzlich wurde in einer Veröffentlichung von Jürgensen et al. ein Modell zur Beschreibung der optischen Wechselwirkung von Molekülen vorgestellt (ACS Nano 2023, 17, 17350−17358).
In dieser Arbeit sollen zunächst eigene spektrale Messwerte für das Molekül MePTCDI auf epitaktischem Graphen (EG) sowie KCl-Spaltflächen aufgenommen und mit denen der o.g. Arbeit verglichen werden. Die beiden Probensysteme sind – soweit möglich – strukturell zu charakterisieren. Weiterführend soll das in der Literatur vorgestellte Modell der optischen Wechselwirkung in einem numerischen Algorithmus implementiert werden.
Für eine BA wird der Umfang entsprechend reduziert.
Reprinted with permission from Y. Shao et al. Nano Lett. 18, 2133 (2018). Copyright 2022 American Chemical Society.
Foto: Felix OttoIn unserer Arbeitsgruppe wurde bisher erfolgreich die Präparation verschiedener zweidimensionaler Materialien realisiert. Dazu zählen epitaktisches Graphen, hexagonales Bornitrid und blaues Phosphoren. Diese Materialien bieten zum einen selbst spannende physikalische Erkenntnisse, dienen uns aber auch als Substrate für die Untersuchung organischer Moleküle.
In dieser Masterarbeit soll die Herstellung eines für uns neuen 2D-Materials aus elementarem Antimon etabliert werden. Dieses sogenannte Antimonen wurde erst 2016 erstmals experimentell realisiert. Die physikalischen Eigenschaften dieses Halbleiters reichen von guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit bis zu einer berichteten guten Beständigkeit gegenüber (feuchter) Luft. Insbesondere letzteres wäre ein großer Vorteil gegenüber dem bereits erwähnten blauem Phosphoren.
Aus diesen Gründen sind wir sehr daran interessiert, in diesem neuen Gebiet der Forschung mitzuwirken, und Antimonen mit unseren Methoden strukturell (LEED, STM) sowie elektronisch (PES) zu untersuchen. Dazu interessiert uns hier insbesondere das Wachstum auf zweidimensionalen Schichten aus hexagonalem Bornitrid oder epitaktischem Graphen, um die Bildung von metallischen Legierungen zu verhindern.
Für eine Bachelorarbeit wird der Umfang entsprechend reduziert.
Benzen, Coronen, HBC
Grafik: Roman ForkerDas Konzept der Aromatizität ist elementar wichtig für das Verständnis der chemischen Reaktivität eines organischen Moleküls. Die Aromatizität spielt ebenfalls eine große Rolle für das Verständnis der Eigenschaften von adsorbierten Molekülschichten und somit für den Einsatz in organisch-basierten Bauelementen. Als Maß für die Aromatizität hat sich in der Forschung das sogenannte Harmonic Oscillator Model of Aromaticity (HOMA) etabliert. Es vergleicht die C-C Bindungslängen in einem Molekül mit denen in Benzen, welches als Referenzsystem den HOMA-Wert 1 zugewiesen bekommt. Damit lassen sich aus den experimentell oder theoretisch ermittelten Strukturdaten eines Moleküls Aussagen über dessen Reaktivität treffen.
In dieser Arbeit sollen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs) systematisch untersucht sowie deren Aromatizität im Rahmen des HOMA-Modells ausgewertet werden. Ausgehend von ersten Benchmark-Rechnungen unserer Gruppe in Kooperation mit der TU Graz sollen dazu homologe Reihen von PAHs aufsteigender Größe analysiert werden. Um die Belastbarkeit der eigenen Rechnungen zu beurteilen, sollen verschiedene Funktionale Einsatz finden und die Reproduzierbarkeit der Rechenergebnisse quantitativ geprüft werden.
Diese Arbeit richtet sich an Studierende, die sich für Computational Chemistry Methoden interessieren.
STM-Aufnahme der zu untersuchenden Phase von HHTP auf Ag(111): Das Bild zeigt einen 200 nm x 200 nm großen Ausschnitt der Phase. Insgesamt wurden ca. 30.000 Moleküle abgebildet, verteilt auf knapp 170 Dreiecke.
Foto: Jonas BrandhoffOrganische Moleküle können auf Oberflächen hochgeordnete Strukturen ausbilden. Die Relation zwischen dem Substrat und der Molekül-Überstruktur wird als Epitaxie bezeichnet. Epitaxie kann in verschiedene Typen eingeordnet werden, um so die Struktur zu klassifizieren.
Das Molekül 2,3,6,7,10,11-Hexahydrotriphenylen (HHTP) zeigt auf Silber eine strukturelle Phase, welche nicht trivial in eine der Epitaxie-Klassen eingeordnet werden kann. Diese Struktur zeigt, neben der direkten kommensurablen Molekülanordnung, eine langreichweitige Überstruktur in Form von Dreiecken. Hierbei besitzen die Ränder der Dreiecke eine andere molekulare Packung als das Innere. Die Größe der Dreiecke ist vermutlich über eine Änderung der thermodynamischen Parameter veränderbar. Bemerkenswert ist, dass diese Überstruktur eine chirale Ausrichtung (Händigkeit) zeigt, was als ein Hinweis auf das Verändern der chemischen Struktur des HHTPs gedeutet werden kann. In einer Bachelorarbeit wurden bereits erste Untersuchungen zu dieser Struktur unternommen. Ziel ist es, eine Erklärung für die Entstehung dieser Phase zu finden, und diese gezielt über Veränderung von Temperatur, Dampfdruck und anderen Parametern zu manipulieren. Die Analyse der Struktur soll dann ausführlich mittels scanning tunneling microscopy (STM) durchgeführt werden.
Diese Masterarbeit richtet sich an Studierende, die Interesse an chemischen und thermodynamischen Prozessen an Oberflächen haben.