Forschungsinteressen

Durch approximative Lösung der Schrödinger-Gleichung im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie lassen sich die quantenmechanischen Eigenschaften größerer Festkörper oder Moleküle akkurat berechnen. So können neben chemischen Bindungen auch Ladungstransferprozesse und – durch Berücksichtigung externer Felder – optische Eigenschaften realer Systeme vorhergesagt werden.

Über statische Eigenschaften hinaus erlauben Molekulardynamik-Simulationen die Untersuchung dynamischer Prozesse. Wird das zugrundeliegende Potential aus Elektronenstruktur-Rechnungen gewonnen, können so zum Beispiel das Brechen chemischer Bindungen sowie lichtinduzierte Isomerisationen beschrieben werden. Durch den Gebrauch klassischer Kraftfelder hingegen können deutlich größere Systeme, wie DNA-Stränge in Lösung, über mehrere Mikrosekunden simuliert werden.
  • Entwicklung von OLEDs

    Metallorganische Komplexe können als Grundlage für organische lichtemittierende Dioden (OLEDs) mit bis zu 100% Quanteneffizienz genutzt werden. Ab initio Simulationen können durch Vorhersage der Emissionswellenlänge und der Anordnung der Moleküle auf Oberflächen den Design-Prozess leiten [1].

                  

    [1] Phys. Chem. Chem Phys., 20 (2018) 24921-24926

  • Entwicklung organischer Solarzellen

    Organische Solarzellen gewinnen als flexible und kostengünstige Alternative zu herkömmlicher Technologie immer mehr Aufmerksamkeit [2]. Durch Multiskalensimulationen lassen sich strukturelle und elektronische Eigenschaften unterschiedlicher Zusammensetzungen berechnen, um die Effizienz organischer Solarzellen weiter zu steigern.
                  
  • N-Heterozyklische Carbene

    Carbene bilden starke kovalente Bindungen aus und können so Elektronendichte abgeben. Dadurch können sie Atome aus Goldoberflächen ziehen und mobile Komplexe bilden [4] oder die katalytischen Eigenschaften von Nanopartikeln verbessern [5].
                          
  • Metallverbrückte DNA

    Metallverbrückte DNA soll die Stabilität und gerichtete Synthese von DNA mit den leitenden Eigenschaften der Metalle verbinden, um in Zukunft zum Beispiel als Nano-Kabel eingesetzt zu werden. Simulationen ermöglichen die Bindungsstruktur der Metalle in der DNA, sowie die Einbauprozesse der Metalle in die DNA zu untersuchen.
  • 2D-Materialien

    Durch chemische Behandlung mit Supersäuren können Defekte in zweidimensionalem Molybdändisulfid aufgefüllt und die Photolumineszenz-Ausbeute signifikant gesteigert werden [6]. Zudem können schaltbare Azo-Moleküle genutzt werden, um die Interaktion zwischen zwei Monolagen zu kontrollieren.
                  

    [6] Phys. Chem. Chem. Phys., 20 (2018) 16918-16923

  • Lichtsteuerbare Materialien

    Moleküle wie Azobenzol können durch Absorption von Licht ihre Struktur ändern. Neben makroskopischen Veränderungen in organischen Materialien [7] lassen sich so z.B. auch lichtinduzierte Oberflächenstrukturierungen realisieren [8] oder synthetische Proteine falten bzw. entfalten [9].