Stehende Dichtewellen in epitaktischen nicht-kommensurablen Molekülschichten

• Antragsteller: Professor Dr. Torsten Fritz
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430865859

Das Hauptziel unseres Projektes besteht darin, zu demonstrieren, dass statische Verzerrungswellen (SDWs) eine universelle Rolle bei der Strukturbildung von organischen Adsorbaten spielen. Diese repräsentieren eher flexible Adsorbatgitter, die durch die schwachen Wechselwirkungskräfte zwischen den Molekülen, nämlich van-der-Waals-Kräfte und - falls geeignete Atome in den Molekülen enthalten sind - Wasserstoffbrückenbindungen, verursacht werden. Zu diesem Zweck werden wir selbstorganisierte Monolagen einer Vielzahl von Molekülen mit verschiedenen Eigenschaftsaspekten auf graphitischen und metallischen Substraten untersuchen. Es wird hier eine einzigartige Methode vorgeschlagen, um Wechselwirkungen in zweidimensionalen nicht-kommensurablen molekularen Aggregatschichten (die eine breite Verteilung der Nächste-Nachbar-Abstände aufweisen) über die Beobachtung von SDWs mittels Tieftemperatur-STM, ergänzt durch verzerrungskorrigierte LEED-Messungen, quantitativ zu bewerten. Um die experimentellen Ergebnisse zu erklären, werden Relaxationssimulationen (weg vom durchschnittlichen starren Gitter) durchgeführt. Die für diese Simulationen benötigten parameterfreien intra- und interlayer-Wechselwirkungskarten werden aus hochmodernen dispersionskorrigierten DFT-Rechnungen erhalten.Aus theoretischer Sicht sind SDWs aus mehreren Gründen besonders interessant. Wichtig ist, dass in SDW-Systemen Moleküle an einer Vielzahl von verschiedenen Adsorptionsplätzen adsorbieren. Um SDWs zu beschreiben, reicht es daher nicht aus, den energetisch günstigsten Adsorptionsplatz quantitativ zu reproduzieren. Es ist vielmehr unerlässlich, eine gute Darstellung eines großen Teils der Potentialenergieflächen zu erhalten, die die Molekül-Substrat- und Molekül-Molekül-Wechselwirkungen beschreiben. In einem ersten Schritt werden wir diese Interaktionen getrennt abbilden, indem wir die potentiellen Energieoberflächen mittels "brute-forcing" diskretisieren. Über den etablierten Ansatz hinaus werden wir eine Reihe verschiedener Berechnungsmethoden für die Molekül-Substrat- und Molekül-Molekül-Wechselwirkungen testen. In einem zweiten Schritt werden wir die Berechnung der potentiellen Energieflächen mit Methoden des maschinellen Lernens beschleunigen. Insbesondere werden wir uns auf die Gaussian Process Regression (GPR) stützen, um Wechselwirkungen an der Grenzfläche organischer Moleküle mit anorganischen Substraten zu bestimmen.Durch die Kombination der experimentellen und Berechnungsergebnisse werden quantitative Informationen über die Stärke der intermolekularen Wechselwirkungen erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortlich: Dr. Roman Forker
• Kooperationspartner: Professor Oliver T. Hofmann, Ph.D.