Hochdefinierte 2D-Anordnungen oberflächenentkoppelter molekularer Quantenbits

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Anke Krüger; Professor Dr. Joris van Slageren
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569330862

Quantentechnologien stehen seit einiger Zeit stark im Zentrum der wissenschaftlichen sowie gesellschaftlichen Aufmerksamkeit. Aktuelle Systeme für die Quantentechnologien besitzen je nach gewähltem System hinsichtlich der erforderlichen Eigenschaften eine Vielzahl von Limitierungen. Z.B. sind die Eigenschaften, insbesondere die Energieniveaus, verfügbarer Materialklassen wie supraleitende Qubits, Farbzentren in Diamant oder Donoren in Phosphor nur sehr begrenzt einstellbar. Auch die Positionierung sowie die Anordnung einer größeren Zahl von Qubits ist nicht oder nur sehr schwer möglich. Hier bieten molekulare Systeme eine Reihe von Vorteilen wie lange Kohärenzzeiten sowie elektrisches oder optisches Auslesen auf Einzelteilchenniveau. Durch gezielte Synthese können Qubits mit genau einstellbaren Energieniveaus erhalten und durch Derivatisierung eine definierte Oberflächenanbindung oder Verknüpfung zu größeren Anordnungen erreicht werden. Ziel dieses Projektes ist es, die gewölbte, hochsymmetrische Struktur von Tribenzotriquinacenen auszunutzen, um hochdefinierte Anordnungen von in diesem Projekt synthetisierten molekularen Quantenbits auf Oberflächen zu erzeugen und deren Quanteneigenschaften zu untersuchen. Tribenzotriquinacen (TBTQ) besitzt einen stark gekrümmten Triquinacen-Kern, der dreifach benzannelliert vorliegt. Dadurch ergibt sich die stark gewölbte, C3-symmetrische Struktur dieses Kohlenwasserstoffs. Diese verleiht TBTQ eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften, darunter die Unterbrechung der π-Konjugation in der sp3-hybridisierten Kuppel des schalenförmigen Moleküls und die starre, hochsymmetrische Struktur, welche die Ausbildung definierter zweidimensionaler Gitter ermöglicht. In diesem Projekt soll zunächst die Synthese und Untersuchung von maßgeschneiderten Qubit-funktionalisierten TBTQ-Bausteinen erfolgen, die dann zur Herstellung selbstassemblierter Anordnungen auf verschiedenen Substraten dienen. Die Bausteine und ihre zweidimensionalen Anordnungen werden hinsichtlich ihrer Quanteneigenschaften charakterisiert und u.a. für die Erforschung der Quantenspindynamik mittels gepulster Elektronenspinresonanzspektroskopie untersucht. Der modulare Ansatz dieses Projektes ermöglicht die Erforschung einer Reihe von MQB-TBTQ-Assemblaten und die Optimierung der Assemblierung und der Qubit-Eigenschaften. Dies ebnet den Weg für die Anwendung molekularer zweidimensionaler Assemblate in der Quantentechnologie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen