Spitzenverstärkte Ramanstreuung zur Entschlüsselung molekularer Wechselwirkungen in Systemen aus individuellen Kohlenstoff-Nanotubes

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Janina Maultzsch; Dr. Carola Meyer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283336994

Bauelemente auf der Nanometer-Skala sind Gegenstand hochaktueller Forschung und werden in Zukunft weiter an Bedeutung sowohl in der Nanoelektronik als auch in der Biochemie und Medizin gewinnen. Spitzenverstärkte Ramanstreuung (TERS, tip-enhanced Raman scattering) ist eine ideale Methode, um die Funktionalität solcher Bauelemente im Detail zu verstehen, denn sie kombiniert mikroskopische mit spektroskopischen Informationen bei gleichzeitig nanoskaliger räumlicher Auflösung.Dieses Projekt hat zum Ziel, das volle Potenzial von TERS zur Charakterisierung und Strukturuntersuchung von nanoskaligen Bauelementen zu entfalten. Die für diese Untersuchung am besten geeigneten Modellsysteme sind funktionalisierte Kohlenstoffnanoröhren (CNT, carbon nanotubes). Auf der einen Seite weisen sie ein hohes Potenzial in der Anwendung als Nanosensoren oder Einzelmoleküldetektoren auf. Auf der anderen Seite ist Ramanspektroskopie an CNT etabliert, und TERS wurde bereits demonstriert. Dennoch sind Kenntnisse über Wechselwirkungen zwischen CNT und den durch kovalente Funktionalisierung angebundenen Molekülen äußerst begrenzt. Wir werden diese Wechselwirkungen speziell an magnetischen Molekülen untersuchen, indem wir hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie mit Ramanspektroskopie und TERS - mit der gesamten spektralen Information - an derselben CNT korrelieren. Energiegefilterte Elektronenenergieverlustspektroskopie bietet darüber hinaus Elementselektivität und wird benutzt, um die räumliche Auflösung sowie die chemische Selektivität von TERS zu bestimmen. Resonante Ramanspektroskopie liefert zudem Informationen über die elektronische Struktur eines Materials. Daher wird die Untersuchung des Resonanzeffektes bei TERS-Spektren von funktionalisierten CNT dazu beitragen, den Einfluss der Funktionalisierung auf die elektronischen Eigenschaften, z.B. Dotierung, Entstehung von Defekten, zu verstehen. Am Ende des Projektes werden die gewonnenen Erkenntnisse genutzt, um lokal diejenigen Bereiche auf funktionalisierten CNT auszuwählen, die die interessantesten und vielversprechendsten Eigenschaften für elektronische Bauelemente aufweisen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen