Einfluss der Umgebung auf lichtinduzierte Prozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Engels
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207601309

Die in der vergangenen Antragsperiode durchgeführten Untersuchungen unterteilen sich in mehrere Bereiche. Durch die Entwicklung eines Aggregate-basierten Ansatzes zur Beschreibung des Verhaltens von Exzitonen gelang es uns den Mechanismus der Excimerbildung in Aggregaten und Kristallen von Perylene-basierten Systemen auf atomistischem Niveau aufzuklären. Diese Arbeiten wurden in Kooperation mit P5 (Engel) und P7 (Pflaum) durchgeführt. Zur Berechnung und Vorhersage von Exzitonendiffusionslängen oder Ladungsträgermobiliäten erarbeiteten wir in Kooperation mit Teilprojekt P6 (Dyakonov, Deibel) verschiedene Ansätze (Überlappungsansatz, Marcus, Levich-Jortner) und implementierten diese in das von der Arbeitsgruppe entwickelte Programmpaket VAMP. Im Rahmen dieser Arbeiten konnten wir z. B. erstmalig zeigen, dass auch der weniger aufwändige Marcus-Ansatz zur Beschreibung der Exzitonendiffusion verwendet werden kann. Zudem wurden Algorithmen zur Charakterisierung der Potenzialhyperflächen sehr flexibler Moleküle erarbeitet und gemeinsam mit anderen zur Beschreibung großer Aggregate notwendigen Ansätzen im CAST-Programm implementiert. Das Programm wurde dann verwandt, um den Einfluss der Umgebung auf photophysikalische und -chemische Prozesse in Kooperation mit P1 (Würthner), P2 (Lambert) und P3 (Brixner) genau zu charakterisieren.Die Ziele des Projektes P4 für die kommende Antragsperiode unterteilen sich in drei Bereiche. So sollen die in der ersten Antragsperiode entwickelten Aggregat-basierten Ansätze zur Beschreibung der Exzitonendiffusion in Kooperation mit dem Teilprojekt P5 (Engel) erweitert werden. Eine Evaluation der neuen Ansätze geschieht an Hand der in den Arbeitskreisen Würthner (P1) und Lambert (P2) experimentell untersuchten Cyclophane mit Perylene-Bisimid-Chromophoren und kristalliner Diindenoperylen- und PTCDA-Strukturen, die im Teilprojekt P7 (Pflaum) genau vermessen wurden. Ebenfalls in Kooperation mit dem Teilprojekt P7 (Pflaum) werden die Arbeiten auf Exzitonenprozesse an Grenzflächen erweitert. Hierbei bilden die vom Teilprojekt P7 (Pflaum) präparierten unterschiedlichen Grenzflächen den Startpunkt zur Simulation realistischer Grenzflächen. Im Anschluss verwenden wir die unter Punkt 1 entwickelten Ansätze zur Charakterisierung der Absorptions- und Emissionsspektren. Ein dritter Bereich befasst sich mit der Entwicklung genauer Kraftfelder für fulleren-, perylen- und squarain-basierte Farbstoffe, die auf dem von für polyaromatische Moleküle entwickelten Ansatz basieren sollen. Schließlich sollen alle drei Bereiche verknüpft werden, um geometrische Anordnungen von perylen- und/oder squarain-basierten Farbstoffmolekülen vorherzusagen, die nur ein geringes Exzitonentrapping erwarten lassen. Berechnungen darüber, welche Substituenten notwendig sind, damit die Farbstoffmoleküle für lange Diffusionslängen günstige Anordnungen einnehmen, sollten aufgrund der im Laufe der Antragsperiode erarbeiteten Kraftfelder ebenfalls möglich sein.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1809: Lichtinduzierte Dynamik in molekularen Aggregaten
• Großgeräte: Clusterserver mit Rechenknoten
• Gerätegruppe: 7000 Datenverarbeitungsanlagen, zentrale Rechenanlagen