Substrate-modified molecular interactions analysed from first-principles calculations
Überblick
Ziel des beantragten Projekts ist die tiefgründige Analyse und das generelle Verständnis der Wechselwirkungen zwischen organischen Molekülen auf Festköperoberflächen im Hinblick auf die Aufklärung molekularer Selbstorganisations- und Ordnungsphänomene. Experimentell gut untersuchte Adsorptionsstrukturen von DNS-Basen und kleine Aminosäuren auf metallischen und chemisch inerten Substraten dienen dabei als Modellsysteme, die mit parameterfreien Gesamtenergie- und Elektronenstrukturrechnungen untersucht werden sollen. Angestrebt wird eine Modellentwicklung, die auf der Grundlage des parameterfrei berechneten Ladungstransfers und Bindungsverhaltens ein intuitives Verständnis der beobachteten Ordnungsphänomene erlaubt.
DFG-Verfahren Sachbeihilfen
Detailinformationen
Ergebnisse
In dem Projekt gelang die Aufklärung einer Reihe von überraschenden experimentellen Befunden zur molekularen Erkennung und Selbstorganisation von Adsorbaten auf einkristallinen Metalloberflächen. Als zentrale Triebkraft der Selbstorganisation haben sich dabei langreichweitige Coulombwechselwirkungen herausgestellt, teilweise induziert durch einen Substrat-Adsorbat-Ladungstransfer. Im Zusammenwirken mit einer korrugierten Potentialenergieoberfläche kann die Coulombwechselwirkung zu einer langreichweitigen chiralen Erkennung zwischen Adsorbatmolekülen führen. Das "Drei-Punkt-Kontaktmodell“ der chiralen Erkennung muß somit um Coulombwechselwirkungen erweitert werden. Adsorbat-induzierte Ladungsdichteoszillationen des Substrates modifizieren lokal die Bindungsstärke und führen somit zu einer räumlichen Modulation der Adsorptionsenergie. Insgesamt kommt der Oberfläche damit katalytische Wirkung für die molekulare Erkennung und Selbstorganisation zu. Das erlaubt durch eine gezielte Wahl des Substrats und der funktionellen Gruppen des Adsorbats eine Steuerung der Selbstorganisation in Bezug auf Abstände (durch die Variation des Fermiwellenvektors des Substrats) und Stärke (durch die Steuerung des Ladungstransfer via Elektronenaffinitäten). Allerdings schränkt die geringe thermische Stabilität der selbstorganisierten Strukturen deren unmittelbare Anwendung stark ein. Long-Range Chiral Recognition due to Substrate Locking and Substrate-Adsorbate Charge Transfer, Phys. Rev. Lett. 99 (2007), 196107 S. Blankenburg, W. G. Schmidt Steric effects and chirality in the adsorption of glycine and phenylglycine on Cu(110), Nanotechnology 18 (2007), 424030 S. Blankenburg, W. G. Schmidt DFT calculations of adenine adsorption on coin metal (110) surfaces, Surf. Sci. 602 (2008), 2170 E. Rauls, S. Blankenburg, W. G. Schmidt LiNbO3 ground- and excited-state properties from first-principles calculations, Phys. Rev. B 77 (2008), 035106 W. G. Schmidt, M. Albrecht, S. Wippermann, S. Blankenburg, E. Rauls, F. Fuchs, C. Rödl, J. Furthmüller, A. Hermann Spatial modulation of molecular adsorption energies due to indirect interaction, Phys. Rev. B. 78 (2008), 233411 S. Blankenburg, W. G. Schmidt Glutamic acid adsorbed on Ag(110): direct and indirect molecular interactions, Phys.: Cond. Matter 21 (2009), 185001 S. Blankenburg, W. G. Schmidt Role of Dihydrogen Bonds for the Stabilization of Self-Assembled Molecular Nanostructures, J. Phys. Chem. C 113 (2009), 12653 S. Blankenburg, E. Rauls, W. G. Schmidt Water adsorption on hydrogenated Si(111) surfaces, Surf. Sci. 603 (2009), 60 B. Lange, R. Posner, K. Pohl, C. Thierfelder, G. Grundmeier, S. Blankenburg, W. Schmidt Self-assembled molecular rows: Stability from Monte Carlo simulations, phys. stat. sol. (c) S. Blankenburg, W. G. SchmidtProjektbezogene Publikationen (Auswahl)