Graphen-Quantenpunkte und -Nanostreifen für neuartige optische Anwendungen

• Antragsteller: Dr. Akimitsu Narita
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431450789

Das Projekt wird den Fokus auf die Entwicklung der Synthese von Graphen Quantenpunkten (engl. graphene quantum dots, GQDs) und Graphen-Nanostreifen (engl. graphene nanoribbons, GNRs) und deren detaillierte optische Charakterisierung für neuartige optische Anwendungen setzen. Die treibende Kraft ist das Design der optischen und elektronischen Eigenschaften der erhaltenen GNRs sowie deren Untersuchung durch entsprechende Experimente. Zu diesem Zweck besteht das Konsortium aus zwei Chemikergruppen und einer Physikergruppe. Die Hauptziele werden die Synthese neuartiger GQDs und GNRs mit einzigartigen elektronischen, optischen und magnetischen Eigenschaften sowie die Untersuchung der Beziehung von Struktur zu Eigenschaften. Die größte Herausforderung ist es, die Energielücke der Nanographene in den nahen Infrarotbereich zu verschieben und neue Funktionalitäten zu ermöglichen. Um das aufzugreifen, sollen GQDs mit innovativen Strukturen sowie Porphyrin-basierte GQDs und GNRs hergestellt werden. Die Darstellung dieser GQDs und GNRs erfolgt in enger Zusammenarbeit der deutschen und der französischen Arbeitsgruppen. Abschließend sollen die Nanographene mit anspruchsvollen, optischen Experimenten untersucht werden. Insbesondere durch temperaturabhängige spektroskopische Experimente auf Einzelmolekülebene sollen die Quantenzustände untersucht werden und der Bezug zur Struktur hergestellt werden. Gleichzeitig sollen Werkzeuge der Quantenoptik (Intensitäts-Korrelations-Messungen/optisch detektierte Magnetresonanz-Experimente) verwendet werden, um die Spineigenschaften im Hinblick auf “Intersystem crossing” zwischen Singulett- und Triplettzuständen zu untersuchen. Langfristig gesehen soll das GRANAO-Projekt dazu dienen, definierte, auf spezielle optoelektronische Anwendungen zugeschnittene Nanographene auf Anfrage darzustellen. Zu diesen Anwendungen zählen ebenso das „Biolabeling“ sowie Quantenemitter für Kryptographie, Telekommunikation und Quantensensoren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Stéphane Campidelli; Professor Dr. Jean-Sébastien Lauret; Dr. Loïc Rondin