Vibrationsspektroskopie von Adsorbaten in dissipativer Umgebung mittels Ab Initio Molekulardynamik und zeitabhängiger Korrelationsfunktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Saalfrank
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449998565

Die Vibrationen von auf Oberflächen adsorbierten Atomen und Molekülen sind von zentraler Bedeutung für die Oberflächenwissenschaft. Stationäre und zeitaufgelöste Schwingungsspektroskopie liefern "Fingerabdrücke", die unser Verständnis von an Oberflächen ablaufenden Elementarprozessen erleichtern, mit der Perspektive diese optimieren und kontrollieren zu können. Die Analyse von Adsorbatschwingungen basiert oft auf Normalmodenanalysen (Normal Mode Analyses, NMA), welche jedoch Effekte der Anharmonizität, Temperatur, der Modenkopplungen und spektroskopische Signalintensitäten vernachlässigen. Sie vernachlässigen ferner häufig auch Effekte der "Dissipation", also Relaxation durch Ankopplung der Schwingungen an Oberflächenphononen und an Elektron-Lochpaar-Anregungen (Electron Hole Pair (EHP) excitations), obwohl dies einen entscheidenden Einfluss auf Spektren haben kann. In diesem Projekt werden wir über die NMA hinausgehen, indem wir Ab Initio Molecular Dynamics (AIMD) und AIMD with Electronic Friction (AIMDEF) Methoden in Kombination mit zeitabhängigen Korrelationsfunktionsmethoden (Time-Dependent Correlation Functions (TDCFs)) verwenden und erweitern, um Adsorbate an Oberflächen zu analysieren und ihre Schwingungsspektren zu modellieren. Die genannten Methoden berücksichtigen alle oben genannten Effekte, sie stellen "Echtzeit"-Information bereit, können potentiell um Quanteneffekte erweitert und in einem "on the fly" Modus betrieben werden, welcher die Notwendigkeit der Vorausberechnung von Potentialhyperflächen obsolet macht. Damit sind diese Methoden auf komplexe Systeme anwendbar, die anderweitig kaum behandelbar sind.Speziell ist es unser Anliegen, Vibration-Phonon- und / oder Vibration-EHP-Kopplung realistisch zu beschreiben, sowie deren Einfluss auf Vibrationsspektren, InfraRot- (IR-) und Vibrational Sum Frequency (VSF) Spektren, sowohl stationär wie auch zeitaufgelöst. Die Systeme, die wir auf diese Weise untersuchen möchten, reichen von wasserstoffpassivierten Siliziumoberflächen über wasserbedeckte Metall- und Metalloxidoberflächen bis hin zu Metalloberflächen in Kontakt mit Kohlenwasserstoffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen