mit Sprecherschaft des FB Physik der FU Berlin
SFB 658
Der SFB hatte es sich zur Aufgabe gemacht, molekulare Schalter an Oberflächen zu verankern und dadurch neue Wege zur Kontrolle ihrer funktionellen Eigenschaften zu beschreiten. Eine zentrale Herausforderung bestand darin, dass die Schalteigenschaften durch die Oberfläche erheblich modifiziert werden bis hin zum Unterdrücken des Schaltvorgangs. Daher wurden Strategien entwickelt, die Kopplung der Schaltermoleküle an die Oberfläche zu optimieren. So wurden neue Schaltermoleküle mit verschiedenen Abstandshaltern synthetisiert, die es erlauben, die Wechselwirkung zwischen Molekül und Oberfläche in planarer oder vertikaler Adsorptionsgeometrie gezielt einzustellen. Durch die intensive Kooperation von Synthesechemie und Oberflächenphysik konnte eine Vielzahl von Schaltprozessen auf Oberflächen realisiert werden. Dazu gehören trans-cis-Isomerisierungs-, Tautomerisierungs- und Ringöffnung/Ringschluss-Schaltprozesse sowie das Schalten magnetischer Moleküle angekoppelt sowohl an Metall- und Halbleiteroberflächen, als auch an Graphen und Kohlenstoffnanoröhren.
Nach dem Überwinden nicht unerheblicher experimenteller Schwierigkeiten, ist das Schalten an Oberflächen heute Routine. So konnten die dem Schaltvorgang zu Grunde liegenden Elementarprozesse am Einzelmolekül und im Ensemble durch die intensive Zusammenarbeit von Experiment und Theorie im Detail analysiert und optimiert werden. Manipulation auf atomarer Ebene erlaubte spezifische Geometrien herzustellen, dabei Moleküle auf der Oberfläche zu stabilisieren und nicht nur vertikal, sondern auch lateral zu kontaktieren. Unter anderem gelang die Entwicklung eines Einzelmolekültransistors. Über Selbstorganisation wurden molekulare Schichten hergestellt, deren optische und elektrische Eigenschaften durch Licht extrem effektiv und ermüdungsarm geschaltet werden können. In Netzwerken molekularer Schalter wurde Verstärkung durch Kooperativität erzielt. Der Spinzustand magnetischer Moleküle konnte durch die Kopplung an das Substrat stabilisiert und geschaltet werden. Darüber hinaus konnten die physikalischchemischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren wie Löslichkeit, Biokompatibilität, Lichtemission und Ladungsträgerdichte durch Schaltprozesse manipuliert werden.
Sprecher
Professor Dr. Martin Weinelt, seit 7/2015
Professor Dr. Felix von Oppen, bis 7/2015
Beteiligte Arbeitsgruppen
AG Fumagalli, AG Kuch, AG von Oppen, AG Weinelt, AG Groß, AG Pascual, AG Tegeder
Zahlen
- rund 430 Publikationen
- 85 abgeschlossene Promotionen
- 5 strategische Berufungen
- Wegberufung von 7 Teilprojektleitenden
Beteiligte
- Freie Universität Berlin
- Humboldt-Universität zu Berlin
- Technische Universität Berlin
- Universität potsdam
- Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI)
- Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI)
Zum SFB 658
SFB 498
Das zentrale Untersuchungsthema war das Zusammenspiel der Protein-Kofaktor-Wechselwirkungender der Proteinmatrix sowohl mit organischen Kofaktoren als auch mit Metallionen. Das interdisziplinäre Forschungsteam zog einen kombinierten Ansatz verschiedener biochemischer, molekularbiologischer, strukturanalytischer, spektroskopischer und theoretischer Techniken heran.
Sprecher
Beteiligte Arbeitsgruppen
AG Antontik / Stehlik, AG Weber, AG Haumann / Dau, AG Heyne
Forschungspartner
- Freie Universität
- Charité - Universitätsmedizin Berlin
- Humboldt-Universität zu Berlin
- Technische Universität Berlin
- Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
im Forschungsverbund Berlin e.V.
Das Ziel der gemeinsamen Forschungsaktivitäten war es, in unterschiedlichen materiellen Systemen mittels ultrakurzer Laserpulse Veränderungen der Elektronen- und Kern-Konstellation zu bewirken. Die dabei ausgelösten Bewegungsabläufe sollten zeitlich charakterisiert und durch entsprechende Gestaltung der eingestrahlten Lichtfelder nach Möglichkeit so gelenkt werden, dass ein stabiler, detektierbarer Endzustand erreicht wurde.
In der ersten Förderperiode stand die Analyse solcher photoinduzierter dynamischer Abläufe experimentell wie theoretisch im Vordergrund. Die optische Anregung des Systems erfolgte dabei zumeist mit einem möglichst kurzen Pumppuls, während die resultierende Veränderung der Kernkoordinaten des Systems mit einem ebenfalls möglichst kurzen, zeitlich verzögerten Probepuls abgefragt wurde.
In der zweiten Förderperiode wurde durch den Einsatz komplexerer Anregungsfelder vermehrt auch das Ziel einer Steuerung realisiert. Im Experiment setzten die Forscher dabei geeignete Modulatoren ein; komplementär dazu wurde die Theorie der optimalen Kontrolle ausgebaut. Und so kam es im Bereich kleiner, noch überschaubarer Systeme mit wenigen aktiven Freiheitsgraden zu einer sehr erfreulichen Konvergenz von Theorie und Experiment, womit ein wesentlicher Teil des Weges in Richtung komplexerer Systeme geebnet wurde. Auch bei den komplexeren Systemen boten die experimentellen Ergebnisse in enger Kooperation mit der Theorie sehr detaillierte Einblicke in die Dynamik ultraschneller photoinduzierter Reaktionen.
Sprecher
Partner
- Freie Universität
- Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
- The Hebrew University of Jerusalem
- Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI)
- Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie
- Humboldt-Universität zu Berlin
- Tel-Aviv University
- Universität Potsdam
Zum SFB 450
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Die Forscherinnen und Forscher untersuchten ultradünne, aus wenigen Monolagen bestehende Filme und deren elektronische und magnetischer Eigenschaften sowie Gitterschwingungen und Transporteigenschaften. Ihr Ziel war dabei den Zusammenhang zwischen Struktur, Morphologie und den physikalischen Eigenschaften dünner metallischer Filme besser zu verstehen.
Sprecher
Prof. Dr. K. H. Rieder
Partner
- Freie Universität
- Humboldt-Universität
- Technische Universität Berlin
Zum SFB 290
Die wissenschaftliche Zielsetzung war die Untersuchung der Dynamik physikalischer und chemischer Folgeprozesse nach Deponierung einer lokalen Anregungsenergie in einem molekularen Aggregat, das sich in unterschiedlichen Umgebungen befinden konnte. Neben magnetischen Resonanzverfahren kam hier erstmals die zeitaufgelöste Spektroskopie mit ultrakurzen Laserpulsen zum Einsatz, mit der die Elektronendynamik nach Photoanregung mit einer Zeitauflösung im Femtosekunden-Bereich verfolgt werden konnte, was die Beobachtung völlig neuer Effekte erlaubte.
Sprecher
Prf. Dr. Stehlik
Förderung
37,9 Mio DM
Partner
- Freie Universität Berlin: Fachbereich Physik, Fachbereich Chemie
- Fritz-Habcr-Institut für Physikalische Chemie der Max-Planck-Gesellschaft
- TechnischeUnivcrsitatBerlin
- Hahn-Meitner-Institut
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Der SFB161 war einer der ersten an der Freien Universität. Das Arbeitsgebiet war die Untersuchung von Hyperfeinwechselwirkungen in angeregten Kernzuständen, Molekülen und freien Atomen sowie die elektronische Struktur von kondensierter Materie.
Sprecher
Wilking (1972–73), Hüfner (1973–74), Matthias (1974–75) und Gabriel (1975–86)