Elektrolyt-Gatingeffekte in Elektronentransport durch Einzelmoleküle

• Antragsteller: Professor Dr. Horst Köppel; Professor Dr. Wolfgang Wenzel
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 203760017

Trotz signifikanter Ergebnisse bleibt das Gebiet der Einzelmolekülelektronik mit einer Reihe wichtiger Probleme konfrontiert, z. B. der effizienten Kontrolle des Einzelmolekültransports mit Hilfe einer Gateelektrode. Experimente der jüngsten Zeit zum Transport in Redoxmolekülen haben wichtige praktische Vorteile des Elektrolytgatings bewiesen. Fortschritte in diesem Gebiet erfordern das theoretische Verständnis jenseits des phänomenologischen Newns-Anderson-Modells der bisherigen Studien, das die Redoxeinheit als ein punktförmiges, einfach besetztes Energieniveau und das Lösungsmittel als einen klassischen Oszillator betrachtet. In enger Zusammenarbeit mit der experimentellen Arbeitsgruppe von Professor Wandlowski (Bern) wollen wir erstmalig eine mikroskopische Theorie des adiabatischen Transports in elektrolytischer Umgebung entwickeln, die wir schrittweise verfeinern, um diese auf das Niveau der Transporttheorie im Vakuum zu bringen. Im ersten Schritt wollen wir sowohl die innere als auch die äußere Relaxation und das Redoxmolekül als ein multi-MO (Molekülorbital)-System durch mikroskopische quantenmechanische/molekülmechanische Rechnungen beschreiben. Das ist im Grunde genommen das Niveau der meisten Studien zur Vakuumelektronik. Darüber hinaus wollen wir die Redoxelektronenstruktur im Rahmen eines verfeinerten ab initio-Verfahrens behandeln, das die zweideutigen DFT-”Orbitale” eliminiert und die Elektronenkorrelation akkurat berücksichtigt. Ferner wollen wir die Intraredoxrelaxation verbessert quantenmechanisch behandeln, was für das Elektrolytgating wichtig ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen