Inverse Phasenübergänge in zwei Dimensionen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Angelika Kühnle
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499448494

Phasenübergänge sind in unserem Alltag allgegenwärtig. Sie bestimmen wichtige Prozesse in der Natur genauso wie bei der Fertigung von Materialien. Üblicherweise schmilzt ein Festkörper, wenn er erwärmt wird, und eine Flüssigkeit erstarrt, wenn sie gekühlt wird. Schon im Jahre 1903 spekulierte Gustav Tammann, damals Professor in Göttingen, über den umgekehrten Prozess des Schmelzens durch Kühlen. Obwohl Gustav Tammann selbst keine Materialen entdeckt hat, die einen solchen inversen Phasenübergang zeigen, so haben seine Überlegungen inzwischen doch eine Bestätigung gefunden. Bisher gibt es allerdings nur wenige Beispiel für Materialien, die inverse Phasenübergänge zeigen. Interessanterweise wurde für Moleküle auf Oberflächen solch inverse Phasenübergänge entdeckt. Wir konnten kürzlich zeigen, dass Molybdänacetat auf Cu(111) einen inversen Phasenübergang von geordneten Molekülen bei Zimmertemperatur zu einer mobilen Phase bei tiefen Temperaturen besitzt. Der Schlüssel zum Verständnis solcher Übergänge liegt in der Möglichkeit, Strukturen mit unterschiedlicher Bindungsstärke und Entropie zu erzeugen. Insbesondere muss die geordnete Phase einen hohen Grad an inneren Freiheitsgraden aufweisen.Viele wesentliche Fragen eines solchen Phasenübergangs in einem zweidimensionalen System sind allerdings noch ungeklärt. Bisher ist zum Beispiel offen, wie genau die funktionellen Gruppen am Molekül für den inversen Phasenübergang verantwortlich sind. Im Rahmen dieses Projektes wollen wir die physiko-chemischen Grundlagen des inversen Phasenübergangs in einem zweidimensionalen System aus adsorbierten Molekülen auf Oberflächen untersuchen. Es sollen – zunächst ausgehend vom bekannten System Molybdänacetat auf Kupfer – generelle Prinzipien erarbeitet werden, die es ermöglichen, weitere zweidimensionale Systeme mit inversen Phasenübergängen zu identifizieren. Dafür möchten wir die Strukturen von Molekülen auf unterschiedlichen Oberflächen als Funktion von Bedeckung und Temperatur mit dem Rasterkraftmikroskop im Ultrahochvakuum untersuchen. Ziel des Projektes soll es sein, Voraussagen machen zu können über Systeme, die inverse Übergänge zeigen. Außerdem wollen wir erforschen, ob es möglich ist, die Temperatur des Übergangs durch die geeignete Wahl an Moleküle mit maßgeschneiderten Bindungsstärken und internen Freiheitsgraden gezielt einzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Andrea Floris; Professor Lev Kantorovich