Modellierung von Clusterstrukturen und -eigenschaften verschiedener Längenskalen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Doreen Mollenhauer
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398143140

Kürzlich wurde ein neuartiger, spektral breitbandiger Weißlichtemitter entdeckt, welcher auf einem Material mit anorganischen Adamantan-ähnlichen Clustern basiert. Dieses Material kann in Kombination mit kostengünstigen, leistungsschwachen Dauerstrich-Infrarot-Laserdioden in hochbrillanten Anwendungen eingesetzt werden. Das zuerst gefundene Clustermaterial [(StySn)4S6] besteht aus einer Adamantan-ähnlichen Sn4S6 Kernstruktur und Styrolliganden, welche den Cluster absättigen. Untersuchungen von Clustermaterialen mit modifizierter Adamantanzusammensetzung und verschiedenen organischen Liganden legen nahe, das eine gewisse Unordnung in der makroskopischen Struktur notwendig ist, um eine Bildung von Weißlicht zu erreichen. Darüber hinaus wurde für die Cluster, welche keine Weißlichterzeugung zeigen, ein anderer nichtlinearer optischer Effekt, die Erzeugung der so genannten zweiten Harmonischen des Lasers, gefunden. Jüngste Studien zeigen, das ein Verständnis der strukturellen und elektronischen Merkmale des Clustermaterials sowie die zugrunde liegenden nichtlinearen optischen Effekte notwendig ist, um Clustermaterialien mit gewünschte Eigenschaften herzustellen und zu optimieren. Dieses theoretische Forschungsprojekt konzentriert sich auf die Berechnung und Modellierung der geometrischen Struktur von Einzelclustern bis hin zur Festkörperstruktur und den zugehörigen elektronischen Eigenschaften und Schwingungseigenschaften. Dabei werden zahlreiche Variationen des Clusterkerngerüsts sowie der organischen Liganden untersucht. Das Projekt wird eng mit dem theoretischen Projekt C2 (Sanna) zusammenarbeiten, welches sich auf die Modellierung der nichtlinearen optischen Effekte konzentriert sowie allen experimentellen Gruppen der Forschergruppe. Die systematische Untersuchung einzelner Cluster und kleiner Clusteragglomerate wird es ermöglichen, Trends in Struktur und Eigenschaften der Cluster zu identifizieren. Nachdem grundlegendende strukturelle Merkmale der Wechselwirkung zwischen den Clustern verstanden sind, wird die Modellierung amorph-artiger Festkörperstrukturen zum Verständnis der Nah- und Fernordnung im Clustermaterial sowie deren Manipulation beitragen. Es gilt zu untersuchen, wie die Cluster-Wechselwirkung durch Änderung der Clusterzusammensetzung beeinflusst werden kann. Die Berechnung der Clustermaterialen auf verschiedenen Längenskalen erlaubt strukturelle und eigenschaftsbezogene Einblicke, die zur Optimierung nichtlinearer optischer Eigenschaften der Materialen genutzt werden sollen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2824: Amorphe molekulare Materialien mit extrem nichtlinearen optischen Eigenschaften