Neue Strategien zur Kontrolle von Elektrodeneigenschaften mittels SAMs

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Terfort; Professor Dr. Michael Zharnikov
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264761234

Kovalent gebundene, selbstassemblierte Monolagen (SAMs) werden in der molekularen und organischen Elektronik zur Veränderung der elektronischen Eigenschaften von Grenzflächen eingesetzt oder fungieren als aktive Teile nanoskaliger Bauelemente. Von besonderem Interesse sind dabei Monolagen, die an Metallelektroden gebunden sind, da sie sowohl zur Kontrolle der Ladungsträgerinjektionseigenschaften als auch zur Untersuchung fundamentaler Aspekte von Ladungstransportprozessen durch Moleküle geeignet sind. Die dabei typischerweise verwendeten dipolaren Substituenten reduzieren allerdings Fähigkeit dieser Schichten sich geordnet auszubilden.Um dieses Problem zu lösen, sollen im Rahmen dieses Projekts neuartige Monolagen entwickelt werden, in denen die Dipolabstoßung entweder durch eine Verteilung des Dipolmoments über das gesamte Molekül vermindert wird oder in denen Wasserstoffbrücken die Schichten stabilisieren. Letzteres soll in Systemen realisiert werden, die Pigmenten wie beispielsweise Indigo ähneln und deren enormes Potential für die organische Elektronik kürzlich gezeigt wurde. Als Folge der ungewöhnlichen intramolekularen chemischen und elektrostatischen Wechselwirkung in solchen Systemen werden sich Schichten mit neuartigen Eigenschaften realisieren lassen. Um das volle Potential des geplanten Forschungsvorhabens zu realisieren, werden im aktuellen Projekt die ideal komplementären Expertisen von sechs Forschergruppen kombiniert: In der Gruppe von A. Terfort (Frankfurt) werden die nötigen Moleküle synthetisiert werden, wobei es auch um die Entwicklung vielseitig anwendbarer Synthesestrategien geht. M. Zharnikov (Heidelberg) und seine Mitarbeiter werden Strategien entwickeln, um das Filmwachstum zu optimieren, sie werden die strukturellen und elektronischen Eigenschaften der SAMs charakterisieren und zusammen mit R. Resel (Graz) die strukturellen Eigenschaften von auf den Monolagen wachsenden organischen Halbleitern untersuchen. E. Zojer (Graz) und seine Gruppe werden mit Hilfe atomistischer Simulationen die vielversprechendsten Moleküle noch vor deren Synthese identifizieren und daneben auch einen entscheidenden Beitrag zur Interpretation der experimentellen Ergebnisse liefern. K. Zojer (Graz) und ihre Studenten werden simulieren, wie sich durch das Einbringen der SAMs die Ladungsträgerinjektionseigenschaften (insbesondere auch für lateral inhomogene Filmeigenschaften) ändern und B. Stadlober (Weiz) und ihre Gruppe werden aufklären, inwieweit die veränderten Elektrodeneigenschaften tatsächlich Ladungsträgerinjektion und Filmwachstum in echten Bauelementen beeinflussen.Durch die direkte Kombination verschiedener experimenteller und theoretischer Techniken erwarten wir neue Einsichten in die strukturellen und elektronischen Eigenschaften selbstassemblierter Monolagen. Dies wird nicht nur die Anwendung von SAMs in Bauelementen stimulieren, sondern auch ein für Studenten besonders interessantes, multi-disziplinäres Forschungsumfeld eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Roland Resel; Dr. Barbara Stadlober; Dr. Karin Zojer; Professor Dr. Egbert Zojer