Flüssigkristalline Helicene für magneto-optische Anwendungen der nächsten Generation

• Antragsteller: Dr. David Reger
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500635930

Die Detektion kleinster magnetischer Felder bei Raumtemperatur, mit flexiblen Sensoren, hat das Potential eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten zu revolutionieren. Dazu gehört unter anderem das zerstörungsfreie Testen von Materialien (z.B. im Flugzeugbau), neue Designmöglichkeiten für Datenspeichermedien und Quantencomputer bis hin zu hochaufgelösten bildgebenden Verfahren bei Gehirnuntersuchungen. Eine äußerst vielversprechende Möglichkeit solche Magnetfeldsensoren zu realisieren, bilden flexible, magneto-optisch aktive, organische Verbindungen. Grundlage dafür bildet der Faraday Effekt. Durch diesen wird die Polarisationsebene elektromagnetischer Strahlung beim Durchtritt durch Materie, unter dem Einfluss eines Magnetfeldes, um einen bestimmten Winkel gedreht. Die Stärke des Faraday Effekts wird vor allem von der materialabhängigen Verdet Konstante (V) bestimmt. Außerdem ist das Verhältnis von Verdet Konstante/Absorptionskoeffizient (V/α) von großer Wichtigkeit. Bisher ist leider noch wenig bekannt wie organische Verbindungen aufgebaut sein müssen um ein hohes V und ein gutes Verhältnis V/α zu erreichen. Es gibt jedoch Hinweise darauf das Aspekte wir Chiralität und molekulare Ordnung in der Dünnschicht V erhöhen. Außerdem werden durch schwere, polarisierbare Atome, wie etwa Schwefel, nicht-resonante optische Effekte verstärkt, was zu einer Verbesserung von V/α führen kann. Hieraus ergeben sich folgende Ziele für das Projekt: - Die Synthese und Charakterisierung verschiedener flüssigkristalliner Helicene. - Die Herstellung von Dünnfilmen aus diesen, sowie deren Untersuchung im Hinblick auf den Faraday Effekt. Dies führt zu ersten Einblicken in die magneto-optischen Eigenschaften solcher Helicene, da diese bisher noch nicht untersucht wurden. - Untersuchung des Einflusses der Chiralität auf V durch den Vergleich von enantiomerenreinen Helicenen und racemischen Gemischen. Untersuchung des Einflusses der supramolekularen Ordnung auf V. Dies wird erreicht durch Veränderung der supramolekularen Struktur in den Helicen-Filmen mit verschiedenen Herstellungsmethoden bzw. durch unterschiedliche Methoden der nachträglichen Behandlung (z.B. thermische Behandlung). - Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Mengen an polarisierbaren Atomen (z.B. Schwefel oder Selen) auf das Verhältnis V/α. - Untersuchung des Einflusses der elektronischen Polarisierung des π-Systems der Helicene auf V, durch Einbringen unterschiedlicher elektronenziehender und schiebender Gruppen. Insgesamt sollte dies zu neuen Erkenntnissen und zu einem tieferen Verständnis von magneto-optischen Effekten, insbesondere des Faraday-Effekts, in organischen Verbindungen führen. Außerdem wird erwartet, dass flüssigkristalline Helicene auf Grund ihrer molekularen und supramolekularen Chiralität sehr große Verdet-Konstanten besitzen könnten, welche neue Möglichkeiten auf diesem Gebiet eröffnen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Matthew J. Fuchter, Ph.D.