Materialwissenschaften: Eigenschaften von Molekülschichten gezielt steuern

Für eine Reihe fortschrittlicher Anwendungen sind spezielle Anordnungen molekularer Bausteine erforderlich, welche die elektronische Struktur oder die optischen Eigenschaften von Molekülschichten beeinflussen. Eine besondere Herausforderung ist dabei die Ausrichtung asymmetrischer Molekülbausteine, denn hier tritt häufig eine spontane Paarung zu symmetrischen Einheiten auf. Dadurch entstehen trotz asymmetrischer Bausteine symmetrische Anordnungen – die Ausbildung eines internen elektrischen Felds ist damit nicht möglich.

Einer Forschungsgruppe des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist es gelungen, diese Symmetriefalle durch programmierte Anordnung zu vermeiden und asymmetrische Bausteine auf makroskopischer Skala auszurichten. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.

„Nach mehrjähriger Forschungsarbeit haben wir erstmals poröse kristalline Schichten erzeugt, die ein internes elektrisches Feld aufweisen“, berichtet Christof Wöll vom Institut für Funktionelle Grenzflächen des KIT. „Außerdem konnten wir nachweisen, dass diese Schichten optische Frequenzverdopplung zeigen.“

An dem im Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order angesiedelten Forschungsvorhaben ist auch die Universität Heidelberg beteiligt; Forschende aus Graz und Berlin waren ebenfalls in die Kooperation eingebunden. Großes Potenzial besitzt dieses „Designer Material“ beispielsweise für die Herstellung elektrisch leitfähiger Molekülschichten, die Verbesserung des Wirkungsgrads organischer Solarzellen oder für neuartige Anwendungen im Bereich der organischen Elektronik.

sf, 06.08.2021