|
Graz (universität) - Am Institut für Physik der Karl-Franzens-Universität Graz forschen Dr. Daniel
Lüftner und Assoz-Prof. Dr. Peter Puschnig seit Jahren an den Grundlagen für neue Halbleitertechnologien.
Die Grazer Wissenschafter testen dabei gemeinsam mit KollegInnen des deutschen Forschungszentrums Jülich sowie
der Universität Triest organische Moleküle auf deren elektronische Eigenschaften. In den Modellberechnungen
und in Experimenten hat sich nun gezeigt, dass die organischen Moleküle „Porphyrine“ – bekannt als Farbstoff
in biologischen Systemen – in der Verbindung mit Nickel, einem sogenannten Nickel-Porphyrin–Komplex, besondere
elektronische Eigenschaften aufweisen.
Die WissenschafterInnen konnten zeigen, wie sich die atomare Struktur des Moleküls durch die Anlagerung auf
dem Kupfersubstrat ändert und sie beobachteten einen unerwartet großen Ladungstransfer von dem metallischen
Substrat zum Porphyrin-Molekül. Diese Eigenschaften tragen Wesentliches zum Design künftiger Solarzellen
bei. Die Ergebnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications publiziert.
Porphyrine spielen in biologischen Systemen eine wichtige Rolle. So sind Eisen-Porphyrine ein wesentlicher Bestandteil
des Hämoglobins und damit verantwortlich für den Sauerstofftransport im menschlichen Körper. „Inspiriert
durch diese biologische Funktion werden Porphyrinen aber auch vielfältige technologische Anwendungsmöglichkeiten
zugesprochen. Diese reichen von organischen Solarzellen über Gassensoren und Einzelmolekül-Schaltern
bis hin zu Spin-Filtern“, erzählt Assoz.-Prof. Dr. Peter Puschnig. Insbesondere beeinflusst die atomare Struktur
der Grenzschicht sowie die Wechselwirkung zwischen Molekül und Metall letztendlich die erwünschte Funktionalität.
Das Verhalten der Elektronen in Grenzschichten und der Ladungstransfer zwischen den beiden Teilsystemen ist noch
nicht eindeutig geklärt. In einem Experiment haben die WissenschafterInnen nun eine ultradünne Schicht
(kleiner als 1 Nanometer) von Nickel-Tetraphenyl-Porphyrin auf ein Kupfersubstrat aufgedampft. Die atomare Struktur
wurde mithilfe eines Rastertunnelmikroskops untersucht. Die nicht erreichbaren Bereiche des Moleküls wurden
mithilfe der Photoemissions-Tomografie betrachtet. Diese Technik, die in den vergangenen Jahren in Graz und Jülich
entwickelt worden ist, ermöglicht die detaillierte Bestimmung der energetischen Lage sowie der räumlichen
Struktur einzelner Molekülorbitale „Die Analyse unserer quantenmechanischen Berechnungen ergab einen unerwartet
großen Elektronenübertrag vom Metall auf das Molekül“, erklärt dazu der Grazer Physiker Dr.
Daniel Lüftner und führt aus: „Die Resultate belegen, dass Porphyrine – trotz der jahrelangen wissenschaftlichen
Auseinandersetzung mit diesem Molekül – noch immer neue Fragen aufwerfen und zu neuen Erkenntnissen führen.“
Inwiefern diese Grundlagenforschung in technologische Anwendungen, wie etwa im Bau von Solarzellen, münden
kann, sollen aufbauende Untersuchungen zeigen. Unterstützt wird das Projekt vom FWF.
Publikation: G. Zamborlini, D. Lüftner,
Zh. Feng, B. Kollmann, P. Puschnig, C. Dri, M. Panighel G. Di Santo, A. Goldoni, G. Comelli, M. Jugovac, V. Feyer,
and C. M. Schneider, Multi-orbital charge transfer at highly oriented organic/metal interfaces, Nature Communications
(2017) DOI:10.1038/s41467-017-00402-0
|
