Molekulare Schalter: Dynamik und Kontrolle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit dem Projekt „Molekulare Schalter: Dynamik und Kontrolle" haben wir ein neues, interessantes und erfolgsversprechendes Anwendungsgebiet der optimalen Kontrolle eingeführt und erste vielversprechende Resultate gezeigt. Wir haben uns der komplexen Thematik von verschiedenen Seiten genähert und erstmals quantenchemische, quantendynamische und „Optimal Control"-Rechnungen an einem molekularem Schaltersystem durchgeführt. Das ausgewählte Testmolekül ist ein Fulgidsystem, das aufgrund seiner photochromen Eigenschaft bereits als aussichtsreicher Kandidat für molekulare Schalter in der molekularen Elektronik diskutiert wird. Der Schaltprozess verläuft nach Photoanregung durch konische Durchschneidungen zurück in den Grundzustand, wobei die Durchschneidungspunkte als Verzweigungspunkte im Produkt/Edukt Raum wirken. Die Erarbeitung eines analytischen Modellsystems für Fulgide, auf der Basis quantenchemischer Rechnungen, ermöglichte erstmals die Berücksichtigung eines Durchschneidungssaumes in quantendynamischen Rechnungen. Wir konnten zeigen, dass die Reaktionswege für Hinund Rückreaktion unterschiedliche Bereiche des konischen Durchschneidungsraumes venwenden. Für die Produktkontrolle haben wir mehrere Kontrollstrategien entwickelt, die verschiedene Targets und verschiedene Reaktionspfade verwenden. Überraschend war in diesem Zusammenhang die Erkenntnis, dass der bestmögliche und schnellste Kontrollweg ein rein optischer Pump-Dump-Prozess, ohne Beteiligung konischer Durchschneidungen ist. Mit Hilfe der durchgeführten Pulsananlysen konnten wir erste Vorhersagen für die experimentelle Anforderungen zur Realisierung dieses Kontrollmechanismus machen. Ebenso haben wir mit quantenchemischen Mitteln die Funktionsweise des Fulgids, eingebaut als Schaltermolekül in einem Donor-Brücke-Akzeptor-Systems untersucht und erste Beiträge zum Verständnis des induzierten Energietransfers geliefert, sowie interessante noch offene Fragen und Widersprüche identifiziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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"Laser control schemes for molecular switches", App. Phys. B 79 (2004) 987-992
D. Geppert, L. Seyfarth, and R. de Vivie-Riedle
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"Reaction velocity control by manipulating the momentum of a nuclear wave packet with phase-sensitive optimal control theory", Chem. Phys. Lett. 404 (2005) 289-295
D. Geppert and R. de Vivie-Riedle
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"Control strategies for molecular sw/itches in donorbridge-acceptor systems", Ultrafast Phenomena XV, Springer Series in chemical physics, (2006)
D. Geppert and R. de Vivie-Riedle
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"Control strategies for reactive processes involving vibrationally hot product states". J. Photochem. Photobiol. A 180 (2006) 282-288
D. Geppert and R. de Vivie-Riedle
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"Influence of static and dynamical structural changes on ultrafast processes mediated by conical intersections.", J. Photochem. Photobiol. A 190 (2007) 352 - 358
J, Voll, T. Kerscher, D. Geppert and R. de Vivie-Riedle
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"Accelerated and Efficient Photochemistry from Higher Excited Electronic States in Fulgide Molecules,", J. Phys. Chem. A, 112 (2008), 13364-13371
T. Cordes, S. Malkmus, J. Di Girolamo, W. J. Lees, A. Nenov, R. de Vivie-Riedle, M. Braun, and W. Zinth
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"Coherent Control of Matter Waves Passing Through a Conical Intersection in ß-Carotene", Ultrafast Phenomena XVI, Springer Series in chemical physics, (2009), 436
J. Hauer, T. Buckup, J. Voll, R. de Vivie-Riedle and M. Motzkus
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"Pulse trains in molecular dynamics and coherent spectroscopy: a theoretical study", New J. Phys., 11 (2009), 105036
J. Voll and R. de Vivie-Riedle
