Photochemische Spinzustand-Schalter mit rein organischen molekularen Systemen

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Dumele
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575910851

In diesem Projekt wird eine neuartige Klasse rein organischer, lichtschaltbarer Spinzustand-Schalter auf Basis chiraler [5]Helicene untersucht. Organische Moleküle, die photochemisch zwischen diamagnetischen und paramagnetischen Zuständen umschalten können, stellen einen vielversprechenden Ansatz für zukünftige Anwendungen in der molekularen Quantentechnologie dar. Ziel ist es, lichtinduzierte Spinzustandsänderungen mit intrinsischer Molekülchiralität zu kombinieren, um so chiroptische Auslesemechanismen sowie potenziell spinpolarisierte oder verschränkte Zustände auf molekularer Ebene zugänglich zu machen. Ausgehend von unserer jüngsten Entdeckung eines bistabilen Spinzustand-Schalters auf Basis eines lichtinduzierten Ringspaltungsmechanismus in einem Helicen-Derivat soll der strukturelle Designraum solcher Systeme gezielt erweitert werden. Durch strukturmodulierende Eingriffe - darunter radikalstabilisierende Substituenten, π-System-Erweiterungen und das "Strecken" des Helicen-Rückgrats - sollen Bistabilität, thermische Stabilität sowie Betriebsbedingungen wie Wellenlänge und Temperatur gezielt gesteuert werden. Das Projekt kombiniert moderne organische Synthese mit spektroskopischen und magnetischen Methoden (UV/Vis, EPR, SQUID, CPL) sowie quantenchemischen Berechnungen. Ein besonderer Fokus liegt auf der reversiblen Umschaltung mit sichtbarem Licht bei technisch zugänglichen kryogenen Temperaturen (100-200 K) sowie auf der strukturell-elektronischen Analyse der zugrunde liegenden Spinzustände. Langfristig sollen Designprinzipien für lichtkontrollierte chirale Diradikale etabliert und deren Einsatz in Spin-Auslese, chiraler Lumineszenz und molekularer Quantensensorik vorbereitet werden. Das interdisziplinäre Vorhaben adressiert zentrale Herausforderungen der molekularen Spintronik und organischen Photomagnetismus.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen