SPP 1243:  Quantum transport at the molecular scale

• Fachliche Zuordnung: Physik ; Chemie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 19227306

Die Molekulare Elektronik gilt als einer der aussichtsreichsten Kandidaten für die Ablösung der Silizium-basierten Mikroelektronik. Der Einsatz von organischen Molekülen in nanoskaligen nichtlinearen Schaltkreisen eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Bauelementen, die sich sowohl in ihrer Herstellung und Funktionalität als auch in ihrer Architektur von herkömmlichen Bauelementen unterscheiden werden. Doch bereits die grundlegende Frage, wie der Strom durch ein einzelnes Molekül fließt, ist bisher nicht ausreichend verstanden. Das erklärte Ziel des Schwerpunktprogramms ist, die notwendige Forschungsaktivität in diesem Feld durch die Kombination von theoretischen Zugängen und experimentellen Techniken zu bündeln und ein physikalisches Bild für den Ladungstransport auf molekularer Ebene zu erarbeiten.
Eine Förderung ist für folgende Themenbereiche vorgesehen:
(1) Experimente mit molekularen Kontakten: Verschiedene Techniken zur Kontaktierung von Molekülen müssen weiter entwickelt, verbessert und standardisiert werden. Gleichzeitig sind neue Messgrößen und Kontrollparameter gefragt, die ein besseres Verständnis des Stromtransportes ermöglichen.
(2) Rastersonden-Experimente mit Molekülen an Oberflächen: Gefördert werden Experimente, welche eine detaillierte räumliche Information über die Molekül-Substrat-Kopplung mit den elektronischen Transporteigenschaften korrelieren können.
(3) Hybridstrukturen und Biomoleküle: Hier interessieren insbesondere biologisch inspirierte Zugänge zur molekularen Selbstorganisierung und ihre Verbindung zur elektronischen Funktionalität.
Als theoretisches Hauptziel werden neue Konzepte und Methoden, einschließlich zugehöriger Computerprogramme, entwickelt, die eine vorhersagesichere quantitative Behandlung des elektronischen Transports durch Einzelmoleküle im Kontakt mit spezifischen Elektroden/Substratmaterialien erlauben. Diese reichen von analytischen modellhaften Ansätzen mesoskopischer Theorien bis zu atomistischen first-principle-Studien des Quantentransports.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Israel, Schweiz, Spanien

Projekte

• Ab-initio studies of single-molecule contacts: mechanical, electric, and thermoelectric properties (Antragsteller Pauly, Fabian )
• Adiabatic time-dependent transport through single molecule transistors: interaction- and higher-order tunneling effects (Antragstellerin Splettstößer, Janine )
• BITT - Bremen Initiative on Time-dependent Transport: Atomistic approaches towards photo-induced quantum transport dynamics across single molecules (Antragsteller Frauenheim, Thomas ;  Niehaus, Thomas )
• Charge and heat transport through molecules: The role of coherent excitations, molecular wire heat ratchets, shot noise for heat and charge, thermoelectric phenomena, electron-phonon interaction, vibrational modes, exciton-assisted transport (Antragsteller Hänggi, Peter )
• Charge transfer through molecular junctions with superconducting electrodes (Antragsteller Ankerhold, Joachim )
• Charge transport through individual perylene-bisimide DNA aggregates using single-walled carbon nanotubes as contact leads (Antragsteller Strunk, Christoph ;  Wagenknecht, Hans-Achim )
• Charge Transport through Perylene Bisimide Molecular Junctions at Electrified Solid/Liquid Interfaces III (Antragsteller Wandlowski, Thomas ;  Würthner, Frank )
• Coordination action in the Priority Program 1243 (Antragsteller Frauenheim, Thomas )
• Describing the spin-polarized transport in molecular junctions by ab-initio calculations (Antragsteller Wortmann, Daniel )
• Differential conductance measurements of single test molecules on various supports by lowtemperature STM to quantify the influence of molecule-support and inter-molecular interactions on a molecular electronic system (Antragsteller Nilius, Niklas )
• Dynamical phenomena in transport through single molecules: transients, noise and dissipation (Antragsteller Schmitteckert, Peter )
• Effects of time-dependent perturbations on the electron transport through single molecules (Antragsteller Kleinekathöfer, Ulrich )
• Fabrication of well-defined nanoscale electrodes for stable and reproducible contacts to small molecular ensembles (Antragsteller Erbe, Artur Philipp Nikolaus )
• Iterative path-integral simulations of molecular quantum transport (Antragsteller Egger, Reinhold )
• Local control of the conductivity of single atoms and molecules probed by scanning tunneling microscopy and spectroscopy (Antragsteller Wahl, Peter )
• Magnetic States in Double Metal Ion Single-Molecule Junctions (Antragsteller Ruben, Mario ;  Weber, Heiko B. )
• Mechanismus of vibrational assisted electronic transport through single paraphenyl molecules investigated by electron and light sprectroscopy (Antragsteller Pascual, Jose Ignacio )
• Modification of DNA towards high conductance and transport measurements with controllable electrodes (Antragstellerinnen / Antragsteller Erbe, Artur Philipp Nikolaus ;  Marx, Andreas ;  Scheer, Elke )
• Molecular Circuits for Optoelectronics utilizing Carbon Nanotubes (Antragsteller Holleitner, Alexander Walter )
• Molecular transport through single molecules between eplitaxially grown contacts (Antragsteller Butenschön, Holger ;  Pfnür, Herbert )
• Multiscale modeling and simulation of molecular devices and systems (Antragsteller Lugli, Paolo )
• Novel Quantum Transport Phenomena in Molecular Junctions (Antragsteller von Oppen, Felix )
• Quantum Transport in DNA-based molecular wires: Towards a realistic description of charge transport and dynamics in complex molecular systems (Antragsteller Cuniberti, Gianaurelio ;  Elstner, Marcus )
• Signatures of the individual properties of single molecules in their transport characteristics: magnetism, pi-stacking, light emission (Antragsteller Evers, Ferdinand )
• Structural and electron transport investigations of functionalized carboxylic acids on Cu(110)-surfaces: experimental and ab initio studies (Antragstellerin Karthäuser, Silvia )
• The electronic transport in single molecules, linked between a metallic substrate and a SNOM tip, will be studied by inelastic scattering methods (Antragsteller Reichert, Joachim )
• The implementation of force detection in experiments on electron transport through single molecules (Antragsteller Repp, Jascha )
• Theory and simulation of vibrationally inelastic electron transport through molecular bridges (Antragsteller Domcke, Wolfgang )
• Tunable transport by controlling the structure of a STM molecular junction:synchronizing theory and experiments. (Antragsteller Cuniberti, Gianaurelio ;  Rohlfing, Michael ;  Tautz, Stefan F. )
• Vibration effects, intramolecular interferences and switching in interacting molecular junctions (Antragsteller Richter, Klaus )

• Sprecher: Professor Dr. Thomas Frauenheim