Theorie zur elektronischen Reibung von Adsorbaten an Metalloberflächen: Methoden und Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Saalfrank
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 170440243

Elektronische Reibung ist ein theoretisches Konzept, nicht-adiabatische Prozesse von Atomen oder Molekülen an Metalloberflächen näherungsweise zu beschreiben. Nicht-adiabatische Effekte, die hier gemeint sind, sind auf die Verletzung der Born-Oppenheimer-Näherung zurückzuführen, wie sie bei der Ankopplung von Adsorbatmoden an ein Kontinuum von elektronischen Anregungen im Metall auftreten. Physikalisch-chemische Phänomene, die damit einhergehen und die im bisherigen Verlauf des Projekts bereits untersucht wurden, sind u.a.: (i) Die Relaxation schwingungsangeregter Adsorbate und damit zusammenhängend, die Lebensdauerverbreiterung von Vibrationsspektren. (ii) Der Energietransfer während und die Beeinflussung der reaktiven und nicht-reaktiven Streuung von Molekülen an Oberflächen. (iii) Die substratvermittelte Femtochemie an Oberflächen nach Anregung mit ultrakurzen Laserpulsen. Diese Phänomene sind von grundlegender Bedeutung für die Spektroskopie, Photochemie und den Energietransfer an Metalloberflächen.In diesem Projekt soll die Methodik der "Molecular Dynamics with Electronic Friction" (MDEF), in welcher klassische Bewegungsgleichungen mit Reibungstermen und fluktuierenden Kräften gelöst werden, weiterentwickelt und auf ausgewählte Beispiele aus der Gas-Oberflächendynamik angewandt werden. Geplante methodische Verbesserungen betreffen die Berücksichtung nicht-isotroper Anteile und von Effekten der Oberflächenbewegung bei der Bestimmung atomarer, elektronischer Reibunskoeffizienten, sowie die Ankopplung zweier zeitabhängiger Temperaturbäder (für Elektronen und für Phononen) in "on the fly" AIMDEF ("Ab Initio MDEF") Rechnungen. Die Anwendungen betreffen nicht-triviale Beispiele von aktueller, experimenteller Relevanz: (i) Eine systematische Studie der Vibrationsrelaxation unterschiedlicher atomarer Adsorbate und der Bedeutung elektronischer und phononischer Relaxationskanäle, sowie deren Abhängigkeit vom Adsorptionsplatz, dem Metall und der Indizierung seiner Oberfläche. (ii) Das Studium der Vibrationsrelaxation und der Vibrationslinienverbreiterung frustrierter Translationsmoden von auf "nackten" und wasserstoffpassivierten Ruthenium-Oberflächen adsorbierten Kohlenwasserstoffen. (iii) Das Studium der postulierten "dynamischen Promotion" einer laserpulsgetriebenen Photoreaktion an Oberflächen, am Beispiel der assoziativen Desorption von Wasserstoff und Deuterium von Ru(0001). (iv) Schließlich soll ein tieferes Verständnis der dynamischen Abläufe während der lasergetriebenen Femtochemie von CO-Molekülen auf Ru(0001) erreicht, sowie die Frage nach deren Manipulierbarkeit durch Variation der Laserparameter beantwortet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen