SFB 677:  Funktion durch Schalten

Fachliche Zuordnung Chemie
Biologie
Informatik, System- und Elektrotechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Medizin
Physik
Förderung Förderung von 2007 bis 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 13266514
 

Projektbeschreibung

Schalten ist der elementare Schritt in der Informationstechnologie und in den meisten ingenieurtechnischen Funktionen und Maschinen. Die top-down Miniaturisierung der elektronischen Schalteinheiten hat eine beispiellose technologische Entwicklung in Gang gesetzt, die unser Leben in vielfältiger Weise verändert hat. Neben der Steigerung der Computerleistung wird die Miniaturisierung auch anderer technologischer Funktionen zu erhöhter Leistungsfähigkeit führen und darüber hinaus wird sie neue Anwendungen in der Medizin, der Energietechnik, der Umwelt und der Materialwissenschaften erschließen. Molekulare Schalter stehen im Fokus der Forschung unseres Sonderforschungsbereichs. Sie eröffnen die Aussicht das ultimative Limit der Miniaturisierung für die Herstellung funktioneller, molekularer Bauteile zu erreichen. Ähnlich zu ihren makroskopischen Analoga ist ein molekularer Schalter ein Molekül, welches reversibel zwischen zwei oder mehr metastabilen Zuständen hin und her geschaltet werden kann. Unsere molekularen Schalter werden durch nicht-invasive, externe Stimuli (Licht, Temperatur, elektrische Felder oder Elektronen) kontrolliert. Als Antwort auf das Schalten ändern sich die (optischen, magnetischen, elektronischen) Eigenschaften des Systems. Licht ist ein besonders vorteilhafter Auslöser. Es kann mit verschiedenen Energien (Wellenlängen) und Polarisationsrichtungen und mit räumlicher und zeitlicher Kontrolle angewendet werden und es hinterlässt keine Rückstände, wenn man es ausschaltet. Molekulares Schalten mit Licht (Photochromie) hat bereits zu spektakulären Anwendungen geführt, wie z. B. der stimulated emission depletion (STED, RESOLFT) Mikroskopie die hochauflösende Bildgebung erlaubt, oder die Konstruktion von Licht-schaltbaren Kanalproteinen für die nicht-invasive Adressierung einzelner Hirn-Neuronen in den Optogenetics. Die Spitze eines Raster-Tunnelmikroskops (STM) ist eine extrem lokalisierte Quelle zur Anregung, die es ermöglicht einzelne Moleküle in ihrer Umgebung zu untersuchen. In der ersten und der zweiten Förderperiode wurde eine ganze Reihe von photochromen Schaltern untersucht und neue Verbindungen wurden synthetisiert. Verbesserte azobenzolartige Strukturen haben sich immer noch als die zuverlässigsten erwiesen. Die Chemie neuer und maßgeschneiderter Schalter wurde entwickelt und wird nun in einer Reihe von Projekten verwendet. Ein einfacher Schalter ist keine Maschine und einfaches Schalten ist nicht ausreichend um eine bestimmte Funktion zu erreichen. Daher müssen die Schalter in eine geeignete Umgebung eingebettet werden, welche eine kontrollierte Wechselwirkung erlaubt. Verschiedene Umgebungen erfordern verschiedene wissenschaftliche Herangehensweisen und sind daher auch die Grundlage für die Einteilung unseres Sonderforschungsbereiches in drei Forschungsgebiete: A. Lösungen, B. Oberflächen, C. komplexe Umgebungen (z.B. Materialien und biologische Systeme).
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Beteiligte Institution IPN - Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik
an der Universität Kiel
Sprecher Professor Dr. Rainer Herges