Theoretische Untersuchungen zum Bindungsbruch und zur Stabilität molekularer Kontakte

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Thoss
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414167852

Der strominduzierte Bruch chemischer Bindungen stellt ein grundlegendes Problem für die mögliche Anwendung einzelner Moleküle als Bausteine nanoelektronischer Bauelemente dar. Von besonderem Interesse sind in diesem Zusammenhang molekulare Kontakte, in denen ein einzelnes Molekül an Metall- oder Halbleiterelektroden gebunden ist. Molekulare Kontakte bilden eine geeignete Architektur, um Moleküle fern vom Gleichgewicht zu untersuchen und erlauben außerdem die Analyse von Ladungs- und Energietransportprozessen in einem quantenmechanischen Vielteilchensystem auf der Nanoskala. Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung von strominduziertem Bindungsbruch in molekularen Kontakten, verursacht durch die Wechselwirkung der Transportelektronen mit den Schwingungsfreiheitsgraden des Moleküls. Das Verständnis dieser Prozesse ist besonders wichtig für die Stabilität molekularer Kontakte. Im Projekt sollen dazu die theoretischen Methoden zur Behandlung von schwingungsgekoppeltem Elektronentransport in molekularen Kontakten weiterentwickelt werden, insbesondere durch die Berücksichtigung dissoziativer Potentiale. Zu diesem Zweck soll die Methode der hierarchischen Quantenmastergleichungen adaptiert werden. Diese Methode erlaubt eine akkurate, numerisch exakte Beschreibung von Ladungstransport in molekularen Kontakten auf einer vollständig quantenmechanischen Basis unter Einschluss nichtstörungstheoretischer und nicht-Markovscher Effekte. Die erweiterte Methode soll angewendet werden, um die grundlegenden Mechanismen des strominduzierten Bindungsbruchs in molekularen Kontakten aufzuklären. Dabei sollen Modelle in einem großen Parameterbereich betrachtet werden, der vom adiabatischen bis zum nichtadiabatischen Transportregime reicht, sowie resonante und nichtresonante Transportprozesse ebenso einschließt wie destruktive und nichtdestruktive Dissoziation. Die in diesem Projekt zu entwickelnden Simulationsmethoden werden auch die Validierung approximativer Verfahren ermöglichen und können in der Zukunft die Basis für eine Anwendung auf stromkatalysierte chemische Reaktionen bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen