Intermolekulare Repulsion zur Steuerung der molekularen Selbstanordnung auf Isolatoroberflächen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Angelika Kühnle
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391648454

In diesem Projekt wollten wir den Einfluss langreichweitiger intermolekularer Repulsion auf die molekulare Selbstorganisation auf Isolatoroberflächen untersuchen. Kurzreichweitige, attraktive Wechselwirkungen zwischen Molekülen werden bereits in sehr vielfältiger Weise zur gezielten Steuerung molekularer Selbstorganisation auf Oberflächen genutzt. Welche Möglichkeiten hingegen existieren, die Strukturbildung durch langreichweitige, repulsive Kräfte zu kontrollieren, ist weit weniger erforscht. In der Literatur finden sich einige wenige Beispiele, die den Einfluss repulsiver intermolekularer Wechselwirkungen auf die Selbstorganisation auf Oberflächen demonstrieren. In den meisten dieser Arbeiten wurden elektrostatische Dipole als mögliche Erklärung für die beobachtete Repulsion angeführt. Eine systematische Untersuchung dieses mutmaßlich generischen Repulsionsmechanismus existiert bisher allerdings nicht. Da eine präzise Kontrolle der molekularen Selbstorganisation auf Oberflächen wünschenswert ist, müssen die vorhandenen Möglichkeiten zur Steuerung der Strukturbildung umfassend ausgeschöpft werden. Eine Einbeziehung der langreichweitigen Repulsion stellt hierbei eine vielversprechende Strategie dar, die Form und Verteilung der Strukturen auf der Oberfläche zu kontrollieren.Um dem Ziel eines besseren Verständnisses repulsiver Wechselwirkungen in der molekularen Selbstorganisation auf Isolatoroberflächen näher zu kommen, wollen wir in diesem Projekt drei Fragestellungen adressieren. Als Methode bedienen wir uns hierfür der hochauflösenden Rasterkraftmikroskopie im Ultrahochvakuum. Zunächst wollen wir überprüfen, inwieweit die intermolekulare, langreichweitige Repulsion, deren Einfluss wir in der Vergangenheit für eindimensionale Systeme zeigen konnten, ein Phänomen ist, dem eine grundsätzliche Bedeutung z.B. auch für zweidimensionale Strukturen zukommt. Hierbei wollen wir auch untersuchen, welche Effekte die Manifestation intermolekularer Repulsion in den sich ausbildenden Strukturen behindern.Weiterhin wollen wir die These überprüfen, dass die bisher nachgewiesene Repulsion in der Tat von Dipol-Dipol Abstoßung herrührt. Zu diesem Zweck werden wir bedeckungs- und temperaturabhängige Experimente durchführen, die es erlauben, die charakteristische Abstandsabhängigkeit des Wechselwirkungspotentials zu bestimmen.Schließlich wollen wir die Balance aus kurzreichweitiger Attraktion und langreichweitiger Repulsion gezielt nutzen, um die Form und Verteilung der sich ausbildenden Strukturen zu steuern. In einem Vergleich mit Monte Carlo Simulationen werden wir überprüfen, ob die aus den Strukturen abgeleiteten Wechselwirkungen eine realistische Erklärung für die beobachteten Formen und Verteilungen sind.Diese Untersuchung soll langfristig dazu beitragen, den Einfluss langreichweitiger Repulsion in der molekularen Selbstorganisation gezielt zu Steuerung der Strukturbildung ausnutzen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Mitverantwortlich: Dr. Ralf Bechstein
• Kooperationspartner: Dr. Andrea Floris