Ausgerichtete Einzelmoleküle – Grundlegende Transportwege und Schaltmechanismen

Die Einzelmolekül-Elektronik hat zum Ziel, elektronische Bauelemente zu entwickeln, deren Funktionen auf molekularen Eigenschaften beruhen. Die Unterscheidung intrinsischer Moleküleigenschaften von Effekten durch die Kontaktierung oder das Messverfahren ist dabei von fundamentaler Bedeutung. Einzelmolekül-Kontakte werden meist im Rastertunnelmikroskop oder durch mechanisch kontrollierte Bruchkontakte realisiert. Kontrolle und Kenntnisgewinn über Parameter, die den elektronischen Transport beeinflussen, sowie die Anforderungen an die untersuchbaren Moleküle sind für beide Methoden verschieden. Es werden daher sehr unterschiedliche Moleküle untersucht, aber auch Messungen an ähnlichen Molekülen sind oft nur bedingt vergleichbar.

In diesem Projekt wird eine molekulare Plattform entwickelt, durch deren modularen Aufbau gezielt Modellverbindungen für beide Messmethoden gefertigt werden können: Diese sollen reproduzierbar und mit guter elektronischer Ankopplung an die Elektroden binden und ansonsten freitragend sein, damit nur durch dafür vorgesehene Molekülteile Strom fließt. Durch Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie und Messungen des elastischen und inelastischen Transports in Bruchkontakten erhalten wir Informationen über die Kontaktgeometrie, über die zum Transport beitragenden Molekülteile und –orbitale, sowie über Anregung von Vibrationsmoden. Diese geben Aufschluss über die Konformation des olekülkontakts und über Wechselwirkungen zwischen den Leitungselektronen und den Vibrationsmoden. Der modulare Aufbau der Plattform ermöglicht die Integration funktionaler Elemente, so dass darüberhinaus grundlegende Funktionen wie chaltmechanismen auf molekularer Ebene untersucht werden können. Von diesem neuartigen, sowohl Fach- als auch Messmethoden übergreifenden Ansatz erwarten wir ein so detailliertes Verständnis der molekulare Transportkanäle und deren Ankopplung an die Elektroden, dass dadurch erstmals grundlegende Designregeln für künftige molekulare Funktionseinheiten zugänglich werden.