Arbeitsgruppe Quantenkontrolle

Aktuelle Forschungsthemen:

 

Tripodale Molekül-Plattformen

Wir beschäftigen uns mit der kontrollierten Positionierung, Charakterisierung und Manipulierung von funktionellen tripodalen Molekülen auf Oberflächen.

Ein Beispiel hierfür ist ein elektrisch angetriebener molekularer Wechselschalter, bei dem ein elektrisches Feld auf ein Einzelmolekü aufgrund der speziellen räumlichen Anordnung seiner Seitenketten Kräfte ausübt.(s. Fig.1)[1]. Dieses Funktionsprinzip soll zur Konstruktion von Molekular-Motoren weiterentwickelt werden.

Ein weiteres Beispiel ist Molekulares Registrierpapier, bei dem mit dem STM aus einem Moleküfilm auf kotrollierte Art und Weise eine gewisse chemische Seitenkette entfernt wird. Ein so chemisch modifiziertes Molkül kann leicht von dem ursprülichen Molkül unterscheiden werden, sodass hiermit Information auf der Nanoskala geschrieben und gelesen werden kann (s. Fig.2)[2].

 

Abb.1:   Oben: Durch das Dipolmoment p und das elektrische Feld ε laut molekularen Modelrechnungen bewirkter Kippschalter-Mechanismus.
Unten: Hierdurch hervorgerufenes bistabiles elektrisches Schaltverhalten [1].
Abb.2   Oben: Chemische Modifikation des Moleküs beim Anlegen eines Spanunnungspulses an die STM-Spitze.
Unten: Schreibexperiment bei 5.3K [2].

Ausgewählte Veröffentlichungen:
(1)   L. Gerhard et al., Nat. Commun. 8 (2017) 14672
(2)   M. Lindner et al., Angew. Chem. Int. Ed. 56 (2017) 8290

 

Lichtemission vom STM-Kontakt

Rastertunnelmikroskopie ermöglicht die Untersuchung der Lichtemission aus einem durch den Tunnelkontaktbereich auf atomarer Skala definiertem kleinen Materialbereich.

Wir führen damit zum Einen Grundlagenuntersuchungen zur Elektrolumineszenz von Einzelmolekülen durch, bei denen der Zusammenhang der lokalen elektronischen Struktur der Moleküle mit der Lichtemission erforscht wird (s. Abb. 3).

Zum Anderen haben wir ein spezielles Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop aufgebaut, in dem die die Proben auch bei 1.5 K stabil gemessen werden können. Die lange Haltezeit von mehreren Tagen erlaubt unterbrechungsfreie Experimente, wie sie insbesondere für die kombinierte Messung von elektronischen und optischen Eigenschaften von individuellen Molekülen mit submolekularer Genauigkeit erforderlich sind.

 

Abb.3: Messprinzip der spektroskopischen Untersuchung der Lichtemission von Molekülen unter STM-Beobachtung.
Abb.4: STM-Licht-Messsonde des Tieftemperatur-STMs (oben links) und damit aufgenommene spektroskopische Daten

Ausgewählte Veröffentlichungen:
(3)   K. Edelmann et al., Rev. Sci. Instrum. 89 (2018) 123107
(4)   K. Edelmann et al., Phys. Rev. B 101 (2020) 205405