Bestimmung der Lage elektronisch angeregter Zustände sowie der zugehörigen Strukturen und Lebensdauern

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Schmitt
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 171864351

Permanente Dipolmomente von isolierten molekularen Systemen im Grund- und in elektronisch angeregten Zuständen sollen mit Hilfe von elektronischer Starkspektroskopie bestimmt werden. Verschiedene Fragestellungen sollen hierbei beleuchtet werden. Zum einen soll der Effekt der Position von Substituenten mit verschiedenen elektronischen Einflüssen auf den Chromophor untersucht werden. Die Absorption eines Photons kann zu einer starken Änderung des Dipolmoments führen, je nachdem in welchen Zustand angeregt wird. Die Dipolmomente der untersten Singulettzustände von aromatischen Molekülen unterscheiden sich meistens deutlich, da sie eine stark unterschiedliche Elektronendichteverteilung aufweisen. Somit kann die elektronische Natur dieser angeregten Zustände aus der Lage und Größe der Dipolmomente aufgeklärt werden.Neben den permanenten Dipolmomenten sind Größe und Lage der Übergangsdipolmomente eine wichtige Größe zur Charakterisierung der Zustände. Daneben spielt die Richtung des Übergangsdipolmoments beim Försterresonanzenergietransfer eine Rolle, wenn die Orientierungen von Akzeptor- und Donorübergangsmomenten nicht durch flexible Anbindungsstellen statistisch verteilt werden. Alle bekannten spektroskopischen Verfahren, welche die Richtung des Übergangsmoments bestimmen, arbeiten mit orientierten Molekülen. Diese Orientierung muss aber nicht makroskopisch sein, wie Arbeiten zur Quanteninterferenzen von Torsionen um molekülfeste Achsen, die einen bestimmten Winkel mit dem Übergangsmoment einschließen, zeigen. Wir schlagen hier ein Experiment vor, bei dem das orientierte Referenzsystem die permanenten Dipolkomponenten in beiden Zuständen sind. Simulationen der Spektren zeigen, dass, mit im neuen Aufbau erreichbaren elektrischen Feldstärken von 10 kV/cm, der Effekt für eine Bestimmung der Richtung des Übergangsmoments, erreichbar ist.Durch die Verwendung von linear polarisiertem Licht in zueinander senkrechten Anordnungen kann zwischen zwei verschiedenen Sätzen von Auswahlregeln für die Starkspektren hin- und hergeschalten werden. Wir konnten bereits zeigen, dass dies zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Dipolmomentbestimmung führt. Durch den Austausch der Halbwellenplatte, welche das linear polarisierte Licht dreht, gegen eine Viertelwellenplatte können wir zwischen recht- und links zirkularpolarisiertem Licht wechseln. Auch diese weisen verschiedene Auswahlregeln in den Starkspektren auf und können somit verwendet werden um verschiedene Enantiomere in den Starkspektren zu unterscheiden.Schließlich wollen wir die elektronische Starkspektroskopie verwenden, um die Dipolmomente verschiedener Push-Pull Systeme in ihren verschiedenen elektronischen Zuständen zu bestimmen. Hierbei soll das Augenmerk auf Systeme gelegt werden, bei denen Donor und Akzeptor in verschiedenen kovalent verbrückten Chromophoren vorliegen. Durch die starke Änderung der Dipolmomente bei Absorption eines Photons können diese Systeme als molekulare Schalter verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kolumbien, Mexiko, Niederlande
• Kooperationspartner: Professor Dr. W. Leo Meerts; Dr. Jörg Tatchen; Professor Dr. Leonardo Álvarez-Valtierra