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TU Dresden: Weltrekord bei der Erforschung von π-Elektronenstrukturen

  • TU Dresden: Weltrekord bei der Erforschung von π-Elektronenstrukturen
    STM-Bild und schematische Darstellung des Dodecacens überlappen sich in dieser Abbildung. Zwölf helle Wolken, die die Benzolringe darstellen, sind gut unterscheidbar.

Einem Team internationaler Wissenschaftlerinnen Wissenschaftler unter der Leitung von Francesca Moresco (Center for Advancing Electronics Dresden - cfaed der TU Dresden) und Diego Peña Gil (Center for Research in Biological Chemistry and Molecular Materials - CiQUS an der Universität Santiago de Compostela) ist ein Durchbruch auf dem Gebiet der π-Elektronenstrukturforschung gelungen. Zum ersten Mal haben sie eine Kette von zwölf Benzolringen synthetisiert, die als Dodecacen bezeichnet wird und die längste bisher hergestellte Acen-Kette ist. Die Untersuchung der elektronischen Eigenschaften ergab eine unerwartete Zunahme der Energielücke von Dodecacen. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift "ACS Nano" veröffentlicht.

Einer internationalen Gruppe von Forschern der TU Dresden, der Universität Santiago de Compostela und des CEMES-CNRS-Instituts in Toulouse ist es gelungen, eine Kette von zwölf Benzolringen, das so genannte Dodecacen, durch Oberflächen-Desoxygenierung eines stabilen Vorläufermoleküls zu synthetisieren. Mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie untersuchten die Forscher auch die elektronischen Eigenschaften des Dodecacens. Überraschenderweise zeigten ihre Experimente, dass die Energielücke bei Decacen (zehn Benzolringe) und Undecacen (elf Benzolringe) konstant bleibt, bei Dodecacen jedoch wieder zunimmt. Dieses Phänomen ist besonders interessant für die zukünftige Forschung in der molekularen Elektronik und Spintronik. Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten sind jetzt in der Zeitschrift "ACS Nano" veröffentlicht worden.

Was sind Acene und warum sind längere Acene-Ketten so relevant, aber kompliziert?
Acene sind organische Verbindungen, genauer gesagt polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, die aus einer unterschiedlichen Anzahl von linear verbundenen Benzolringen bestehen. Die Acen-Reihe stellt ein Modellsystem zur Untersuchung der faszinierenden elektronischen Eigenschaften erweiterter π-Elektronenstrukturen im eindimensionalen Grenzbereich dar. Für Anwendungen in der Elektronik und Spintronik sowie für das grundlegende Verständnis des elektrischen Ladungstransports sind Erkenntnisse auf diesem Gebiet von großer Bedeutung.

Insbesondere höhere Acenreihen sind wegen ihrer besonderen elektronischen Eigenschaften derzeit von hohem Forschungsinteresse. Jüngste Forschungsanstrengungen deuten auf einen höheren Radikalcharakter sowie auf die Stabilisierung der optischen Anregungsenergie bei einer zunehmenden Anzahl von gesicherten Benzolringen hin, was für nanoelektronische Bauelemente sehr attraktiv ist. Diese langen Acenketten sind jedoch äußerst schwierig zu synthetisieren, da sie chemisch sehr reaktionsfreudig und daher instabil, und außerdem nicht löslich sind.

Projekt und Forschergruppe
Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des EU-Projekts "Planar Atomic and molecular scale devices " (PAMS) durchgeführt. Nach mehrjähriger Arbeit mit dem Ziel, höhere Acenreihen zu untersuchen, ist dieses nun abgeschlossen. Die cfaed-Wissenschaftler Dr. Frank Eisenhut (ehemaliger Doktorand), Tim Kühne (Doktorand) und Dr. Francesca Moresco (Gruppenleiterin der "Single Molecule Machines"-Gruppe am cfaed) waren Teil dieses Forschungsteams. Seitens der TU Dresden war ebenfalls Prof. Gianaurelio Cuniberti vom Institut für Materialwissenschaft beteiligt.

Paper
"Dodecacene Generated on Surface: Reopening of the Energy Gap", pub. in ACS Nano, vol. 14, no. 1, pp. 1011-1017, 2020.
DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b08456 
Autoren: Frank Eisenhut, Tim Kühne, Fátima García, Saleta Fernández, Enrique Guitián, Dolores Pérez, Georges Trinquier, Gianaurelio Cuniberti, Christian Joachim, Diego Peña, Francesca Moresco

Kontakt
Dr. Francesca Moresco, cfaed, Research Group Leader Single Molecule Machines
Tel.: +49 (0)351 463-43968
Email: francesca.moresco@tu-dresden.de  

Weiterführende Links


www.tu-dresden.de 
Single Molecule Machines Group, cfaed, TU Dresden (Dr. Francesca Moresco)
DCMS, TU Dresden (Prof. Gianaurelio Cuniberti)
Center for Research in Biological Chemistry and Molecular Materials (CiQUS, Diego Peña Gil)
PAMS project

Foto: TU Dresden