Optische logische Schaltkreise auf der Basis photochromer Bausteine mittels Wellenleiter Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Köhler; Professor Dr. Mukundan Thelakkat
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448846348

Die Entwicklung von Baugruppen zur Signalverarbeitung die mit Photonen anstatt mit Elektronen betrieben werden stellt eine große Herausforderung dar. Dies erfordert sowohl fotochemisch / fotophysikalisch stabile Materialien mit hoher ermüdungsresistenz, schnellen Schaltzeiten, und einer thermisch stabilen Bistabilität als auch die Verknüpfung der optischen Eingangs- und Ausgangssignale. Die Kombination dieser Eigenschaften in einem System stellt heutzutage das Haupthinderniss für die Entwicklung rein optischer logischer Schaltkreise dar. Es ist das Ziel dieses Vorhabens rein optische logische Gatter auf der Basis von fotostabilen, fotoschaltbaren Dithienylperfluorocyclopenten (DCP) Molekülen zu entwerfen, chemisch zu synthetisieren, spektroskopisch zu charakterisieren und deren Funktion (AND, OR, NOR, NAND etc.) zu verifizieren. Die Schaltermoleküle werden entweder mit unterschiedlich substituierten Farbstoffe der Rylene Familie gemischt oder werden mit diesen kovalent zu Dyaden, Triaden, oder Polymeren verbunden und dann in Form dünner Filme präpariert. Diese neuartigen Syteme dienen als Plattform für die Entwicklung von Funktionalitäten wie sie in der Welt der elektronischen Signalverarbeitung bekannt sind in denen hier aber Photonen die Rolle der Elektronen übernommen haben. Aufgrund der bereits gemachten Erfahrungen unserer intensiven Zusammenarbeit zu fotoschaltbaren Molekülen sehen wir uns in der Lage diese Herausforderung anzugehen. Dazu müssen in enger Zusammenarbeit zwischen Chemie und Physik die Energien der Anregungs- und Emissionszustände verschiedener Farbstoffe und fotoschaltbarer Moleküle aufeinander abgestimmt werden. Im "Chemie Teil" dieser Kooperation werden diverse fotoschaltbare Moleküle synthetisiert (sowohl DCP als auch sein fluoreszierendes Pendat DCP-O4), mittels 1H-NMR, MALDI-ToF MS, UV-VIS, TGA und DSC sowie zyklischer Voltametrie charakterisiert, und die Herstellung dünner Filme für die Spektroskopie realisiert. Im "Physik Teil" der Zusammenarbeit werden die Fotoschalter und Farbstoffe kombiniert und deren Verhalten hinsichtlich ihrer Eignung für fotoschaltbare optische Gatter mittels spektroskopischer Verfahren (kontinuierlich und zeitaufgelöst) untersucht. Die Charakterisierung dient dazu die optimalen Schalter-Farbstoff Kombinationen auszuwählen die anschliessend mittels Wellenleiterstrukturen zu optischen Gattern verknüpft werden. Beide Teile des interdisziplinären Projekts gehen Hand in Hand und stellen die benötigten komplementären Fähigkeiten, die für eine erfolgreiche Durchführung des Vorhabens benötigt werden, zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen