Acene, eine Klasse von Kohlenwasserstoffen mit linear verbundenen Benzolringen, sind von großer Bedeutung für die organische Elektronik. Moleküle wie Pentacn (fünf Benzolringe) werden weitgehend in Transistoren und Solarzellen verwendet. Über die Anwendungen hinaus interessieren Acene Forscher in der Nanowissenschaft, theoretischen Chemie und Physik, wo sie als eindimensionale Analogien zu Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren angesehen werden. Längere Acene wie Hexacen, Heptacen und Octacen zeigen aufgrund ihrer außergewöhnlichen elektronischen Eigenschaften Potenzial als leistungsstarke organische Halbleiter. Ihre hohe Reaktivität und Instabilität stellen jedoch Herausforderungen für die Synthese und Anwendung dar.
Dieses kooperative Projekt zwischen der Universität Graz (Österreich) und der Universität Tübingen (Deutschland) konzentriert sich auf die Synthese und Untersuchung längerer Acene, von Hexacen bis Octacen. Ziel ist es, deren Wachstum, Struktur und elektronische Eigenschaften systematisch zu untersuchen, von einzelnen Molekülen bis hin zu dünnen Schichten. Um ihre Reaktivität zu adressieren, werden neue fluorierte Derivate entwickelt, um die Stabilität zu erhöhen. Die Ergebnisse des Projektes werden die Eignung längerer Acene und ihrer Derivate in organischen elektronischen Geräten analysieren.
Das Projekt setzt fortschrittliche experimentelle und theoretische Techniken ein. Rastertunnelmikroskopie (STM) wird einzelne Moleküle auf atomarer Ebene sichtbar machen, indem der Elektronentunnel zwischen einer scharfen Spitze und einer Oberfläche gemessen wird. Photoemissions-Orbital-Tomographie (POT), basierend auf winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie, wird Einblicke in die elektronische Struktur, molekulare Orbitale und Adsorptionsgeometrie liefern. POT beinhaltet die Bestrahlung einer Oberfläche mit monochromatischen Photonen und die Analyse der emittierten Photoelektronen, wobei ein leistungsfähiges Werkzeug zur Untersuchung molekularer Wechselwirkungen entsteht.
Theoretische Ab-initio-Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Berechnungen werden die elektronische Struktur von Acenen simulieren, wobei sie experimentelle Daten ergänzen, indem sie die orbitalprojizierte Zustandsdichte, STM-Bilder und Photoemissionswinkelverteilungen vorhersagen.
Dieses interdisziplinäre Projekt vereint Experten der Chemie, Physik und Materialwissenschaften. Die chemische Synthese von Acenen und ihren fluorierten Derivaten wird von der Gruppe von Prof. Bettinger an der Universität Tübingen durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen werden von Prof. Koller (Universität Graz) und Prof. Peisert (Universität Tübingen) geleitet, während die theoretische Modellierung vom Team von Prof. Puschnig an der Universität Graz durchgeführt wird.
Durch die Bewältigung der Herausforderungen bei der Synthese und Stabilisierung längerer Acene zielt dieses Projekt darauf ab, ihr Potenzial als aktive Materialien in der organischen Elektronik zu erschließen. Der Erfolg könnte zu innovativen Geräten mit verbesserter Leistung und Stabilität führen und das Gebiet der organischen Halbleiter voranbringen.