Dünne MOF-Filme mit photoschaltbaren elektronischen Eigenschaften und Ein-Aus-Leitfähigkeit

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Hecht; Privatdozent Dr. Lars Heinke; Professor Dr. Wolfgang Wenzel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434486483

Dünne Filme aus oberflächenverankerten metallorganischen Gerüsten (SURMOFs) mit photoschaltbaren elektronischen Eigenschaften und Leitfähigkeitswerten, die über viele Größenordnungen reversibel verändert werden können, sind das Ziel dieses Projekts. Basierend auf dem Machbarkeitsnachweis, dass MOFs mit eingebettetem Spiropyran das Fernsteuern der elektrischen Leitung ermöglichen, werden wir photoschaltbare MOF-Dünnfilme herstellen, wo die Spiropyran-Photoschalter definierte Positionen mit festen intermolekularen Abständen und Orientierungen haben. Dort wird, wie ab-initio-Berechnungen des Ladungstransfers zeigen, ein Ein-Aus-Leitfähigkeitsverhältnis von mehr als drei Größenordnungen erreicht, und die Leitfähigkeit sowie die Leitfähigkeitsschaltung werden stark anisotrop sein. Darüber hinaus werden durch organische Funktionalisierung der Photoschalter im MOF die HOMO- und LUMO-Niveaus so abgestimmt, dass ein kontrolliertes Schalten zwischen Elektronen(n)- und Loch(p)-Leitung möglich ist.Zur Demonstration der Device-Implementierung werden zweischichtige Filme hergestellt, bei denen der Top-Down-Strom durch einen funktionellen, lichtdetektierenden SURMOF (obere Schicht) mittels der Spiropyran-SURMOF-Schicht mit schaltbarer Leitfähigkeit (untere Schicht) ein- oder ausgeschaltet wird. Außerdem wird die Anwendung in der adaptiven und konfigurierbaren Elektronik untersucht, bei der „leitende Drähte“ in großflächigen SURMOF-Filmen durch fokussierte Lichtbestrahlung reversibel geschrieben werden, mit dem langfristigen Ziel, photoprogrammierbare Geräte für das optische Rechnen, Speichern und Anzeigen zu realisieren.In diesem Projekt decken wir die gesamte Forschungskette von der Synthese maßgeschneiderter lichtschaltbarer organischer Moleküle, über die Herstellung und Untersuchung der photoschaltbaren MOF-Filme bis hin zur Demonstration der Systemintegration in Kombination mit quantenmechanischen Berechnungen und Multiskalenmodellierung der Schalt- und Ladungstransportprozesse ab, um ein detailliertes Verständnis und Richtlinien für das device-Design zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1928: Koordinationsnetzwerke als Bausteine für Funktionssysteme