Substrate-modified molecular interactions analysed from first-principles calculations

• Applicant: Professor Dr. Wolf Gero Schmidt
• Subject Area: Theoretical Condensed Matter Physics
• Term: from 2006 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 33340279

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

In dem Projekt gelang die Aufklärung einer Reihe von überraschenden experimentellen Befunden zur molekularen Erkennung und Selbstorganisation von Adsorbaten auf einkristallinen Metalloberflächen. Als zentrale Triebkraft der Selbstorganisation haben sich dabei langreichweitige Coulombwechselwirkungen herausgestellt, teilweise induziert durch einen Substrat-Adsorbat-Ladungstransfer. Im Zusammenwirken mit einer korrugierten Potentialenergieoberfläche kann die Coulombwechselwirkung zu einer langreichweitigen chiralen Erkennung zwischen Adsorbatmolekülen führen. Das "Drei-Punkt-Kontaktmodell“ der chiralen Erkennung muß somit um Coulombwechselwirkungen erweitert werden. Adsorbat-induzierte Ladungsdichteoszillationen des Substrates modifizieren lokal die Bindungsstärke und führen somit zu einer räumlichen Modulation der Adsorptionsenergie. Insgesamt kommt der Oberfläche damit katalytische Wirkung für die molekulare Erkennung und Selbstorganisation zu. Das erlaubt durch eine gezielte Wahl des Substrats und der funktionellen Gruppen des Adsorbats eine Steuerung der Selbstorganisation in Bezug auf Abstände (durch die Variation des Fermiwellenvektors des Substrats) und Stärke (durch die Steuerung des Ladungstransfer via Elektronenaffinitäten). Allerdings schränkt die geringe thermische Stabilität der selbstorganisierten Strukturen deren unmittelbare Anwendung stark ein.

Publications

• Long-Range Chiral Recognition due to Substrate Locking and Substrate-Adsorbate Charge Transfer, Phys. Rev. Lett. 99 (2007), 196107
  S. Blankenburg, W. G. Schmidt
  
• Steric effects and chirality in the adsorption of glycine and phenylglycine on Cu(110), Nanotechnology 18 (2007), 424030
  S. Blankenburg, W. G. Schmidt
  
• DFT calculations of adenine adsorption on coin metal (110) surfaces, Surf. Sci. 602 (2008), 2170
  E. Rauls, S. Blankenburg, W. G. Schmidt
  
• LiNbO3 ground- and excited-state properties from first-principles calculations, Phys. Rev. B 77 (2008), 035106
  W. G. Schmidt, M. Albrecht, S. Wippermann, S. Blankenburg, E. Rauls, F. Fuchs, C. Rödl, J. Furthmüller, A. Hermann
  
• Spatial modulation of molecular adsorption energies due to indirect interaction, Phys. Rev. B. 78 (2008), 233411
  S. Blankenburg, W. G. Schmidt
  
• Glutamic acid adsorbed on Ag(110): direct and indirect molecular interactions, Phys.: Cond. Matter 21 (2009), 185001
  S. Blankenburg, W. G. Schmidt
  
• Role of Dihydrogen Bonds for the Stabilization of Self-Assembled Molecular Nanostructures, J. Phys. Chem. C 113 (2009), 12653
  S. Blankenburg, E. Rauls, W. G. Schmidt
  
• Water adsorption on hydrogenated Si(111) surfaces, Surf. Sci. 603 (2009), 60
  B. Lange, R. Posner, K. Pohl, C. Thierfelder, G. Grundmeier, S. Blankenburg, W. Schmidt
  
• Self-assembled molecular rows: Stability from Monte Carlo simulations, phys. stat. sol. (c)
  S. Blankenburg, W. G. Schmidt