Längere Acene: Synthese, Grenzflächen und Stabilität in dünnen Schichten

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Bettinger; Professor Dr. Heiko Peisert
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570171322

1) Genereller Forschungskontext. Acene sind polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, die aus linear kondensierten Benzolringen aufgebaut sind. Kleinere Acene mit Längen bis zu Pentacen wurden als aktive Materialien in optoelektronischen Bauteilen verwendet und umfassend untersucht. Bei größeren Acenen beobachtet man eine deutliche Abnahme des Grenzorbitalabstandes und eine Zunahme der Ladungsträgerbeweglichkeit, was das hohe Anwendungspotenzial dieser organischen Halbleiter demonstriert. Ihre hohe Reaktivität bereitet jedoch Schwierigkeiten und erst kürzlich entdeckte neue Synthesewege haben sie für wissenschaftliche Studien verfügbar gemacht. Ein möglicher Ansatz zur Stabilisierung der Molekülstruktur bei gleichzeitiger Erhaltung ihrer hervorragenden elektronischen Eigenschaften ist die Einführung von Fluorsubstituenten. 2) Ziele. Ziel ist ein systematisches Verständnis der geometrischen und elektronischen Struktur der längeren Acene von einzelnen Molekülen an Grenzflächen bis hin zum Wachstum von Schichten mit anwendungsrelevanten Dicken. Um der erhöhten Reaktivität in Filmen entgegenzuwirken, werden neue Acenderivate synthetisiert und untersucht. Die Experimente werden durch ab-initio Dichtefunktionaltheorie (DFT) unterstützt.3) Methoden. Hexacen und Diheptacenpräkursoren wurden bereits erfolgreich von der Bettinger-Gruppe synthetisiert. Ihre fluorierten Verwandten sind experimentell unbekannt. Um diese neuen Verbindungen zu erhalten, stützt sich die Synthese auf die Decarbonylierung der entsprechenden monocarbonylverbrückten Vorstufen. Die Studien an Oberflächen umfassen modernste Methoden wie Rastertunnelmikroskopie (STM) und Photoemissionsspektroskopie (PES). Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Photoemissions-Orbitaltomographie, die auf winkelaufgelöster PES basiert und die Zuordnung von Orbitalen sowie die Identifizierung von Ladungstransferzuständen ermöglicht und Informationen zur molekularen Adsorptionsgeometrie und Grenzflächenchemie liefert. Es werden ab-initio-DFT-Rechnungen durchgeführt, um die elektronische Struktur der Grenzmolekülorbitale zu analysieren. Dazu werden auf Orbitale projizierte Zustandsdichten, STM-Bilder und Photoemissionswinkelverteilungen simuliert. 4) Originalität. Längere Acene sind in der Forschung erst seit kurzem zugänglich und es ist noch wenig über ihre molekularen und Grenzflächeneigenschaften sowie ihre Stabilität in dünnen Schichten bekannt. Ihre abnehmende Grenzorbitallücke macht sie besonders interessant für Studien von niedrigdimensionalen Systemen. Um ihre erhöhte Reaktivität auszugleichen und gleichzeitig ihre elektronischen Eigenschaften beizubehalten, sind selektive Fluorsubstitutionen geplant. 5) Beteiligte Antragsteller. Das Konsortium, das auf eine erfolgreiche Zusammenarbeit zurückblicken kann, besteht aus Oberflächenwissenschaftlern, Experten für Synthese von Acenen und theoretischer Festkörperphysik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Georg Koller; Professor Peter Puschnig, Ph.D.