Molekulare Manipulation

Das Bannerbild zeigt eine molekulare Schicht, welches mit einem Rastersondenmikropskop aufgenommen wurde, das von einem autonomen Lernagenten gesteuert wird.

Über

Wir untersuchen die Manipulation und Kontrolle einzelner Moleküle mit der Spitze eines Rastersondenmikroskops (SPM). Richtig angeordnet könnten solche Moleküle die Grundlage für künftige elektronische oder Quantenschaltungen bilden. Wir befassen uns mit den wichtigsten Herausforderungen der SPM-basierten molekularen Manipulation in einem interdisziplinären Ansatz, der Experimente, Simulationen, maschinelles Lernen und Kontrolltheorie umfasst.

Diese Forschung wird durch einen ERC Starting Grant finanziert.

Forschungsthemen

  • Lernen und Kontrolle für die molekulare Nanofabrikation
  • Theorie der molekularen Manipulation
  • Raster-Quantenpunkt-Mikroskopie (SQDM)
  • Herstellung von Quantenstrukturen im atomaren Maßstab

Kontakt

Dr. Christian Wagner

PGI-3

Gebäude 02.4w / Raum 332

+49 2461/61-3538

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Mitglieder

Dr. Mong-Wen GuGebäude 02.4w / Raum 126+49 2461/61-6362

Research

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Lernen und Kontrolle für die molekulare Nanofabrikation

Um den Bereich der SPM-basierten Herstellung molekularer Nanostrukturen voranzubringen, führen wir maschinelles Lernen und Kontrolltheorie in diesen Bereich ein. So leisteten wir beispielsweise Pionierarbeit bei der autonomen Nanofabrikation mithilfe eines Agenten für verstärkendes Lernen und kombinierten maschinelles Lernen und Kontrolltheorie, um molekulare Konformationen während der Manipulation aufzudecken und die Rasterquantenpunktmikroskopie zu beschleunigen.

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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.

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Raster-Quantenpunkt-Mikroskopie (SQDM)

Unsere Experimente zur Manipulation von Einzelmolekülen haben uns zur Entdeckung einer neuen Rastersonden-Technik geführt, mit der sich nanoskalige Veränderungen des elektrostatischen Potenzials von Oberflächen mit sehr hoher Empfindlichkeit und räumlicher Auflösung abbilden lassen.

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Herstellung von Quantenstrukturen im atomaren Maßstab

Durch den Einsatz von SPM für die kontrollierte Manipulation von Einzelmolekülen und Atomen suchen wir nach neuen Wegen zur Herstellung von Oberflächenstrukturen, deren Quanteneigenschaften für grundlegende Untersuchungen der Quantenverschränkung genutzt werden können, was möglicherweise zu künftigen Anwendungen in der Quantentechnologie führt.

Publikationen

Aktuelle Publikationen

  • Rustem Bolat, Jose M Guevara, Philipp Leinen, Marvin Knol, Hadi H Arefi, Michael Maiworm, Rolf Findeisen, Ruslan Temirov, Oliver T Hofmann, Reinhard J Maurer, F Stefan Tautz, Christian Wagner; Electrostatic potentials of atomic nanostructures at metal surfaces quantified by scanning quantum dot microscopy. 13 March 2024 Nature Communications volume 15, Article number: 2259 https://doi.org/10.1038/s41467-024-46423-4
  • Joshua Scheidt, Alexander Diener, Michael Maiworm, Klaus-Robert Müller, Rolf Findeisen, Kurt Driessens, F Stefan Tautz, Christian Wagner; Concept for the Real-Time Monitoring of Molecular Configurations during Manipulation with a Scanning Probe Microscope. 10 July 2023 J. Phys. Chem. C 2023, 127, 28, 13817–13836 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c02072
  • Victor G Ruiz, Christian Wagner, Friedrich Maaß, Hadi H Arefi, Stephan Stremlau, Petra Tegeder, F Stefan Tautz, Alexandre Tkatchenko; Accurate quantification of the stability of the perylene-tetracarboxylic dianhydride on Au (111) molecule–surface interface. 3 July 2023 Communications Chemistry volume 6, Article number: 136 https://doi.org/10.1038/s42004-023-00925-2
  • Jose Martinez-Castro, Rustem Bolat, Qitang Fan, Simon Werner, Hadi H Arefi, Taner Esat, Jörg Sundermeyer, Christian Wagner, J Michael Gottfried, Ruslan Temirov, Markus Ternes, F Stefan Tautz; Disentangling the electronic structure of an adsorbed graphene nanoring by scanning tunneling microscopy. 25 August 2022 Communications Materials volume 3, Article number: 57 https://doi.org/10.1038/s43246-022-00275-x
  • Hadi H Arefi, Daniel Corken, F Stefan Tautz, Reinhard J Maurer, Christian Wagner; Design Principles for Metastable Standing Molecules. 7 April 2022 J. Phys. Chem. C 2022, 126, 15, 6880–6891 https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c01514

Letzte Änderung: 14.03.2025
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