Entwicklung ultraschneller breitbandiger UV-Vis-Circulardichroismus-Spektroskopie zur Untersuchung der photoinduzierten Dynamik chiraler molekularer Systeme

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Thomas Lenzer; Professorin Dr. Kawon Oum
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313529255

Die transiente Circulardichroismus-Spektroskopie (TrCD) ist eine vielversprechende Methode, um die zeitliche Entwicklung chiraler Systeme nach Lichtanregung zu verfolgen. Dieses wird durch die Messung der Differenz der pumpinduzierten Änderung der Absorption für links und rechts zirkular polarisiertes Licht erreicht. In der ersten Förderperiode des Projekts haben wir einen neuen Aufbau für die ultraschnelle TrCD-Spektroskopie etabliert, der den Wellenlängenbereich 260-700 nm mit einer Zeitauflösung von 170-200 fs abdeckt. Der Aufbau wurde erfolgreich angewendet, um neue Informationen bezüglich der photoinduzierten Dynamik und der Spektroskopie kohärenter Phononen in chiralen Polymer-Dünnschichten zu erhalten. Im Rahmen dieses Fortsetzungsantrags möchten wir die Sensitivität unseres vorhandenen UV-Vis-TrCD-Aufbaus erheblich verbessern, indem wir zwei neue technische Entwicklungen implementieren: (1) ein fortgeschrittenes Design auf Basis einer Pockels-Zelle und (2) ein alternatives Design unter Verwendung eines photoelastischen Modulators. Beide Ansätze werden die Zeitauflösung des Aufbaus auf etwa 90 fs verbessern und das Signal-zu-Rauschverhältnis um mindestens den Faktor 10 erhöhen. Diese neuen Aufbauten für die TrCD-Spektroskopie sollen dann benutzt werden, um die Dynamik von drei Klassen chiraler Systeme aufzuklären: (1) die elektronische und strukturelle Dynamik von Copolymer-Anordnungen auf Fluoren- und Carbazol-Basis nach Photoanregung, entweder mit großer intrinsischer Chiralität oder sehr hoher chiraler Induktion, (2) die transiente CD-Antwort im elektronisch angeregten Zustand von Molekülen und Dünnschichten auf Helicen-Basis und (3) die Dynamik chiraler Perowskit-inspirierter Halbleiter nach Photoanregung in das Leitungsband. Messungen unter Verwendung von ultraschneller, breitbandiger transienter Absorptionsspektroskopie im UV-Vis-NIR-Bereich werden die TrCD-Untersuchungen ergänzen. Die Experimente werden mit Hilfe von fortgeschrittenen Techniken der globalen kinetischen Analyse sowie mittels Rechnungen auf Basis der Dichtefunktionaltheorie analysiert werden. Wir sind davon überzeugt, dass diese weiterentwickelten Aufbauten für die transiente CD-Spektroskopie für die Untersuchung der strukturellen und elektronischen Dynamik in verschiedenen chiralen Systemen anwendbar sein werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen