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Dienstag, 15.04.2025

Molekulare Orbitale entschlüsselt

Elektronenverteilung in einem Sigma-Orbital des graphenähnlichen Moleküls Bisanthene Copyright: Dominik Brandstetter / Uni Graz ©Uni Graz/Brandstetter

Elektronenverteilung in einem Sigma-Orbital des graphenähnlichen Moleküls Bisanthene. - Bild: Uni Graz / Dominik Brandstetter

Eine kürzlich in Physical Review B veröffentlichte Arbeit von Forschern des „Orbital Cinema“-Teams der Universität Graz und des Forschungszentrums Jülich stellt einen bemerkenswerten Durchbruch in der molekularen Elektronik dar. Das Team unter der Leitung von Peter Puschnig und Stefan Tautz hat erfolgreich die elektronische Struktur von Bisanthen—einem Molekül, das als Nano-Graphen-Flocke betrachtet werden kann—auf einer Metalloberfläche praktisch vollständig aufgeklärt. Mithilfe einer am Institut für Physik entwickelten Technik namens Photoemissions-Orbitaltomographie konnten sie die Elektronenverteilung in einer bis dato unerreicht großen Anzahl von 38 (!) Molekülorbitalen entschlüsseln.

Diese so gewonnen Einblicke erweitern nicht nur die Grenzen der experimentellen Physik, sondern dienen auch als entscheidender Maßstab für die Weiterentwicklung theoretischer Berechnungsverfahren. Der Vergleich von Theorie und Experiment führte dabei zu einer vielleicht überraschenden Erkenntnis, die langjährige Annahmen in Bezug auf die zu Grunde liegende Dichtefunktionaltheorie in ein neues Licht rücken.

Die Ergebnisse der Studie legen nämlich nahe, dass die gängige Interpretation der sogenannten Kohn-Sham-Orbitale als Näherung für Elektronenzustände zuverlässiger sein könnten als bisher angenommen. Darüber hinaus ebnen diese neuen Einblicke in die elektronischen Eigenschaften dieses Nano-Graphen Moleküls auch den Weg in zukünftige Anwendungen im Bereich der organischen Solarzellen. Oder, um es mit den Worten eines der Gutachter der Publikation zu sagen: „Ich denke, dass die Fach-Community äußerst erfreut sein wird, dieses Manuskript in Physical Review zu sehen!“

Publikation:

Tomographic identification of all molecular orbitals in a wide binding-energy range, 
Haags, A.; Brandstetter, D.; Yang, X.; Egger, L.; Kirschner, H.; Gottwald, A.; Richter, M.; Koller, G.; Bocquet, F. C.; Wagner, C.; Ramsey, M. G.; Soubatch, S.; Puschnig, P. & Tautz, F. S, Phys. Rev. B 111, 165402 (2025)
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.165402 

 

Erstellt von Peter Puschnig

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