Ultraschneller Elektronenzerfall durch Molekülketten

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Kuleff
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543102824

Durch die Entfernung eines Kernelektrons aus einem Molekül werden hochangeregte Ionenzustände besetzt, die normalerweise durch einen ultraschnellen elektronischen Zerfall relaxieren und dabei ein Sekundärelektron aus dem System emittieren. Der Zerfall tiefer Kernleerstellen findet typischerweise innerhalb des Atoms statt, das die anfängliche Leerstelle trägt, und wird durch die chemische Umgebung nur schwach beeinflusst. Die Situation ändert sich, wenn freie Stellen in der inneren Valenz zerfallen. In diesem Fall beginnen sehr oft nicht-lokale Übergänge wirksam zu werden, an denen Elektronen beteiligt sind, die nicht zum ursprünglich ionisierten Bestandteil des Systems „gehören“. In jüngsten Studien haben wir gezeigt, dass solche nicht-lokalen Zerfälle in Molekülen stattfinden können, bei denen die beiden am Zerfall beteiligten Systemuntereinheiten durch eine lange Kohlenstoffkette verbunden sind: Eine auf einer Untereinheit lokalisierte Lücke relaxiert, indem ein Elektron aus der Untereinheit am anderen Ende der Kette emittiert wird. Der Zerfall erwies sich als äußerst effizient (auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden) und hing nur linear von der Länge der Kohlenstoffkette ab. Da der Prozess als ultraschneller Energietransfer durch die Kohlenstoffkette angesehen werden kann, ermöglicht er die Untersuchung der Effizienz von Energietransfers durch ein Medium. Ziel des vorliegenden Projekts ist es, eine systematische Untersuchung des nichtlokalen elektronischen Zerfalls durch Molekülketten ausschließlich unter Verwendung von Ab-initio-Methoden durchzuführen und dabei die Abhängigkeit des Prozesses vom Sättigungsgrad und der Pi-Konjugation der Kette sowie die Rolle von „Energie-Donor“- und „Energie-Akzeptor“-Spezies zu untersuchen, ebenso wie die Möglichkeit, die Effizienz des Zerfalls durch Abstimmung des Relaxationsübergangs auf eine Exzitonenresonanz der Kette zu steigern. Wir gehen davon aus, dass wir einen kleinen Satz chemischer Deskriptoren und physikalischer Eigenschaften der Systembestandteile identifizieren können, die ein einfaches Design von Donor-Brücken-Akzeptor-Systemen ermöglichen, in denen ein effizienter, nicht-lokaler Zerfall stattfinden kann, bei dem Elektronen aus gewünschten entfernte Ende des Systems emittiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen