Längere Acene: Synthese, Grenzflächen und dünne Schichten

Acene, eine Klasse von Kohlenwasserstoffen mit linear verbundenen Benzolringen, sind wichtige Bausteine der organischen Elektronik. Moleküle wie Pentacen (fünf Benzolringe) werden erfolgreich in Transistoren und Solarzellen eingesetzt. Darüber hinaus sind Acene in der Nanowissenschaft sowie in der theoretischen Chemie und Physik von Interesse, wo sie als eindimensionale Analoga von Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren gelten. Längere Acene wie Hexacen, Heptacen und Octacen bieten großes Potenzial als organische Halbleiter mit außergewöhnlichen elektronischen Eigenschaften. Ihre hohe Reaktivität und Instabilität erschweren jedoch Synthese und Anwendung. In diesem Kooperationsprojekt zwischen der Universität Graz (Österreich) und der Universität Tübingen (Deutschland) sollen längere Acene von Hexacen bis Octacen synthetisiert und untersucht werden. Ziel ist es, ihr Wachstum, ihre Struktur und ihre Stabilität systematisch zu analysieren von einzelnen Molekülen bis hin zu anwendungsrelevanten Filmen. Um die Reaktivität zu verringern, werden fluorierte Derivate entwickelt, die eine höhere Stabilität aufweisen sollen. Diese Arbeiten sollen die Eignung längerer Acene und ihrer Derivate für organische elektronische Geräte bewerten. Das Projekt kombiniert experimentelle und theoretische Ansätze. Mithilfe der Rastertunnelmikroskopie (STM) werden einzelne Moleküle auf atomarer Ebene sichtbar gemacht, indem der Quantentunneleffekt von Elektronen zwischen einer Spitze und einer Oberfläche gemessen wird. Ergänzend wird die Photoemissions-Orbital-Tomographie (POT) eingesetzt, eine Methode, die auf winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie basiert. Dabei wird die Oberfläche mit monochromatischem Licht bestrahlt, und die emittierten Photoelektronen werden analysiert. POT liefert Informationen über molekulare Orbitale, Ladungstransferzustände und die Adsorptionsgeometrie. Theoretisch werden ab-initio-Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Berechnungen durchgeführt, um die elektronische Struktur der Acene zu simulieren. Diese Berechnungen ergänzen die experimentellen Daten, indem sie Zustandsdichten, STM-Bilder und winkelaufgelöste Photoemissionsverteilungen vorhersagen. Die chemische Synthese der Acene und ihrer fluorierten Derivate erfolgt in der Gruppe von Prof. Bettinger (Universität Tübingen). Die experimentellen Untersuchungen leiten Prof. Koller (Universität Graz) und Prof. Peisert (Universität Tübingen). Die theoretischen Berechnungen werden von Prof. Puschnigs Team (Universität Graz) durchgeführt. Das Projekt zielt darauf ab, die Herausforderungen bei der Synthese und Stabilisierung längerer Acene zu bewältigen und ihr Potenzial als aktive Materialien in der organischen Elektronik zu erschließen. Ein Erfolg könnte den Weg für innovative, leistungsstarke und stabile organische elektronische Geräte ebnen und einen Fortschritt im Bereich organischer Halbleiter markieren.