Theorie der molekularen Manipulation

Mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie und molekularmechanischer Simulationen untersuchen wir die Eigenschaften metastabiler molekularer Konformationen, die durch Einzelmolekülmanipulation mit Rastersondenmikroskopen (SPM) erzeugt werden.

Die molekulare Manipulation mit einem SPM [1, 2] führt zu Spitze-Molekül-Oberfläche-Übergängen mit einer Vielzahl von Konformationen, die jedoch nicht direkt beobachtbar sind. Um die Eigenschaften dieser Verbindungen zu verstehen und damit die proaktive molekulare Herstellung voranzutreiben, analysieren wir unsere Experimente mit Hilfe von molekularmechanischen Simulationen [3, 4, 5] und Dichtefunktionaltheorieberechnungen. Dies hilft uns, die Stabilisierungsmechanismen hinter den metastabilen Molekül-Oberflächen-Konformationen zu erforschen. Van-der-Waals-Kräfte [4] und elektrostatische Wechselwirkungen [6, 7], die beide über eine große Reichweite wirken, sind für die korrekte Beschreibung solcher metastabilen Konformationen von besonderer Bedeutung.

Ein zentrales Ziel unserer Forschung ist es, die Beobachtbarkeit von Molekülkonformationen während des Manipulationsexperiments zu etablieren. Hier ermöglichen Dichtefunktionalrechnungen die Verknüpfung von experimentell zugänglichen Verbindungseigenschaften (Steifigkeit, elektrische Leitfähigkeit) mit tatsächlichen, atomar präzisen Molekülkonformationen. Auf dieser Grundlage kann das inverse Problem gelöst werden, zum Beispiel mit Hilfe der Kontrolltheorie.