AKTUELLES
09.07.2018

Optisch gesteuerte elektronische Bauelemente auf Basis von hybriden Materialien

Erstmals wurden zwei-dimensionale Materialien mit einer photoschaltbaren molekularen Schicht dekoriert und aus den resultierenden hybriden Materialien elektronische Bauelemente hergestellt, die durch Licht kontrolliert werden können. Die Ergebnisse dieser fruchtbaren Zusammenarbeit mehrerer europäischer Forschungsgruppen wurden in Nature Communications veröffentlicht.
 
Zweidimensionale (2D) Materialien bestehen aus einer einzigen Atomlage und besitzen außergewöhnliche Eigenschaften, aufgrund derer sie ein vielversprechendes Anwendungspotential, u.a. für optoelektronische Bauelemente und Sensoren sowie Katalysatoren, besitzen. Dank ihrer hohen Oberfläche fungieren 2D-Materialien als ideale Plattform, um die Wechselwirkung mit Molekülen und molekularen Lagen zu studieren und diese in sogenannten Hybridmaterialien zur Herstellung von neuartigen Bauelementen zu nutzen.
 
Chemiker der Humboldt-Universität zu Berlin haben in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten in Strasbourg, Mons und Trento nun erstmals Hybridmaterialien bestehend aus photoschaltbaren Molekülen auf 2D-Materialien beschrieben. Dabei haben sie Spiropyranmoleküle mit Ankergruppen ausgestattet und auf Graphen (eine Monolage des Graphits wie im Bleistift) bzw. Molybdändisulfid (bekannt aus dem Korrosionsschutz) abgeschieden. Beleuchtung mit ultraviolettem bzw. grünem Licht wandelt die Moleküle zwischen zwei unterschiedlichen Formen hin und her, was zu einer optischen Modulation der elektrischen Eigenschaften führt. Somit werden Lichtimpulse (Input), die eine kollektive Reaktion der molekularen Schicht auslösen, zu makroskopisch messbaren, elektrischen Effekten (Output) verstärkt.
 
“Mit unserem vielseitigen Ansatz, 2D-Materialien molekular maßzuschneidern, bringen wir die supramolekulare Elektronik auf ein neues Level und näher an zukünftige Anwendungen” ist Prof. Stefan Hecht, der im IRIS Adlershof an Hybridmaterialien forscht, überzeugt. Die Arbeit ist richtungsweisend für die Realisierung von multifunktionalen hybriden Bauelementen, angetrieben durch die primäre Energiequelle der Natur – das Sonnenlicht.

Weitere Informationen
 
Veröffentlichung
 
“Collective molecular switching in hybrid superlattices for light-modulated two-dimensional electronics”
von: Marco Gobbi, Sara Bonacchi, Jian X. Lian, Alexandre Vercouter, Simone Bertolazzi, Björn Zyska, Melanie Timpel, Roberta Tatti, Yoann Olivier, Stefan Hecht, Marco V. Nardi, David Beljonne, Emanuele Orgiu und Paolo Samorì
in: Nature Communications 2018, 9, 2661, DOI: 10.1038/s41467-018-04932-z

 

02.07.2018

Lichtgesteuerte Herstellung bioabbaubarer Kunststoffe

Ein Berliner Forscherteam um Prof. Stefan Hecht, Mitglied von IRIS Adlershof, hat ein neues Katalysatorsystem entwickelt, welches die Regulierung mehrerer Polymerisationsprozesse zur Herstellung von bioabbaubaren Kunststoffen durch Bestrahlung mit Licht verschiedener Farben ermöglicht. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden nun in Nature Catalysis veröffentlicht.

Die Eigenschaften eines Kunststoffes sind stark von Faktoren wie der Art der verknüpften Monomerbausteine sowie der Länge und Zusammensetzung der gebildeten Polymerketten abhängig. Für gewöhnlich sind diese Faktoren durch die Wahl der jeweiligen Polymerisationsbedingungen vorbestimmt. Um darüber hinaus jedoch die Bildung der Polymere fernzusteuern und somit Kunststoffe mit neuartigen und bislang nicht zugänglichen Charakteristika herzustellen, stellt die Regulation durch externe Einflüsse wie Licht ein attraktives Ziel dar. Ähnlich wie bei zahnärztlichen Füllungen dient Licht in diesem Fall dazu, den Ort und die Dauer der chemischen Reaktionen während der Polymerbildung präzise zu kontrollieren.

Eine neue Methode zur lichtregulierten Herstellung von bioabbaubaren Kunststoffen haben nun Wissenschaftler der Humboldt-Universität, der Bundesanstalt für Materialforschung Berlin sowie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf entwickelt. Im Zentrum der Arbeit steht ein eigens entworfener Katalysator, welcher in der Lage ist, seine Aktivität durch Bestrahlung mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge reversibel zu ändern. Damit konnten die Forscher die Herstellung von Polylactid – einem Kunststoff basierend auf Milchsäure – durch gezielte Lichtpulse wiederholt aus- und anschalten, wodurch die Kettenlänge der Polymerstränge eingestellt werden kann. Zudem gelang es zum ersten Mal, den Einbau zweier verschiedener Monomere in ein und das selbe Polymerrückgrat mit Licht zu regulieren.

„Mit unserem ferngesteuerten Katalysator sind wir nun erstmals in der Lage, die Bildung von Polymersträngen durch ein bestimmte Abfolge von Lichtpulsen gewissermaßen zu programmieren“ erläutern Fabian Eisenreich und Michael Kathan, die beiden Erstautoren der Studie, begeistert. Ihre wegweisende Entwicklung ist ein wichtiger Schritt in Richtung intelligenter Herstellungsprozesse von (bioabbaubaren) Kunststoffen, um die wachsenden Anforderungen zukünftiger Anwendungen, wie lichtgesteuertem 3D-Drucken und Photolithographie, erfüllen zu können.


Weitere Informationen

 
Veröffentlichung
“A photoswitchable catalyst system for remote-controlled (co)polymerization in situ
von: Fabian Eisenreich, Michael Kathan, Andre Dallmann, Svante P. Ihrig, Timm Schwaar, Bernd M. Schmidt und Stefan Hecht
in: Nature Catalysis (2018), DOI: 10.1038/s41929-018-0091-8

 

28.06.2018

Kettenreaktion schaltet Moleküle in der Tiefe

Berliner Chemiker haben durch eine neue Methode das Anwendungspotential optischer Schaltermoleküle maßgeblich verbessert. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in der Fachzeitschrift Chem veröffentlicht.

Intelligente Materialien halten zunehmend Einzug in unseren Alltag, da sie ihre Eigenschaften verschiedenen Umgebungseinflüssen, wie Temperatur und Licht, anpassen können. Man denke an selbsttönende Sonnenbrillengläser, die sich in Abhängigkeit von der Helligkeit abdunkeln oder aufhellen. Als Schlüsselkomponenten der zum Einsatz kommenden Materialien dienen molekulare Photoschalter, d.h. Moleküle, die unter Einwirkung von Licht einer bestimmten Wellenlänge ihre Eigenschaften, z.B. ihre Farbe oder ihre Fähigkeit den elektrischen Strom zu leiten, verändern. Allerdings benötigen Photoschalter in der Regel energiereiches UV-Licht und lassen sich dazu weder vollständig noch besonders effizient betreiben, da man zumeist wesentlich mehr Lichtteilchen (Quanten) benötigt als Moleküle geschaltet werden. Diese Limitationen begrenzen die Anwendungsgebiete von Photoschaltern bislang enorm, da Licht umso schlechter in Materialien eindringen kann, je energiereicher es ist.
 
Chemiker der Humboldt-Universität und der Universität Potsdam haben nun eine Methode entwickelt, bei der Photoschalter mit geringen Mengen energiearmer roter Lichtquanten vollständig geschaltet werden können, und somit gleich alle beiden oben genannten Probleme gelöst. Durch Zufall kamen sie dem Phänomen auf die Spur, dass die Oxidation weniger Schaltermoleküle ausreicht, die gesamte Probe zu schalten. In Folge wurde die zugrundeliegende Kettenreaktion im Detail aufgeklärt und optimiert, um die Verwendung von Farbstoffen und somit die Nutzung von rotem Licht zu ermöglichen. Damit ist es nun möglich, die Quantenausbeute, die normalerweise deutlich unter 100% liegt, erstmals auf fast 200% zu schrauben – Weltrekord!
 
Die Tragweite ihrer Entdeckung ist beträchtlich, sind sich Dr. Alexis Goulet-Hanssens und Prof. Stefan Hecht, der am Institut für Chemie und IRIS-Adlershof forscht, sicher: „Mit unserer Methode können wir erstmals Schaltermoleküle effizient in der Tiefe adressieren. Somit können wir sowohl optische Bauelemente effizient betreiben als auch durch das biologische Fenster hindurch tief in die Haut eindringen“ erläutern sie und sind im Hinblick auf mögliche Anwendungen in der Optoelektronik und Medizintechnik begeistert.

Weitere Informationen

 
Veröffentlichung
“Hole Catalysis as a General Mechanism for Efficient and Wavelength-Independent Z/E Azobenzene Isomerization”
von: Alexis Goulet-Hanssens, Clemens Rietze, Evgenii Titov, Leonora Abdullahu, Lutz Grubert, Peter Saalfrank und Stefan Hecht
in: Chem (2018), DOI: 10.1016/j.chempr.2018.06.002
 

07.06.2018

Studienpreis der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin für Julian Miczajka

Die Physikalische Gesellschaft zu Berlin hat den von der Siemens AG geförderten Physik-Studienpreis 2018 an herausragende Absolventinnen und Absolventen des Diplom- bzw. Master-Physikstudiums verliehen. Unter den Preisträgern ist auch der gewählte Vertreter des wissenschaftlichen Nachwuchses von IRIS Adlershof, Julian Miczajka. Herr Miczajka ist derzeit Doktorand in der Arbeitsgruppe von IRIS-Mitglied Professor Jan Plefka und beschäftigt sich dort mit einer exzeptionellen Klasse von Higher-Spin-Theorien im flachen Raum, insbesondere mit deren Zusammenhang zu versteckten Symmetrien, Integrabilität und Dualität. Der Preis wird am 12. Juli 2018 im Rahmen einer öffentlichen Festveranstaltung im Magnus-Haus verliehen.
 

Wir gratulieren Herrn Miczajka sehr herzlich!

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04.06.2018

Humboldt Forschungspreis für Professor Seth Marder

Seth Marder, Professor für Chemie und Materialwissenschaften am Georgia Institute of Technology, wurde mit dem renommierten Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung ausgezeichnet. Herr Marder ist international anerkannt für seine führende Rolle bei der Entwicklung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für organische und metallorganische Materialien für optische und elektronische Anwendungen. Zu seinen herausragenden Leistungen gehört die Schaffung einer neuen Klasse von extrem effizienten Zwei-Photonen-absorbierenden Materialien, die dazu beitrugen, das Gebiet der Zwei-Photonen-3D-Mikrofabrikation zu etablieren, das heute eine kommerzielle, weltweit angewandte Technologie ist. Er hat auch maßgeblich an der Entwicklung organischer elektronischer Materialien mitgewirkt, insbesondere hat er zu Dotierstoffen geforscht, die zur Umwandlung von Halbleitermaterialien in Materialien mit beträchtlichen Leitfähigkeiten verwendet werden können. Während seines Aufenthalts in Deutschland wird Herr Marder seine Studien über die Auswirkungen von Dotierstoffen auf die Eigenschaften von organischen und anorganischen Materialien fortsetzen. Dabei wird er von Professor Norbert Koch am IRIS Adlershof und am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin betreut.

Wir gratulieren Herrn Marder sehr herzlich und freuen uns auf eine spannende und fruchtbringende Zusammenarbeit!
 

30.05.2018

Internationale Studierende zu Besuch am IRIS Adlershof

Eine Gruppe von Studierenden und Professor/innen des Morehouse und des Spelman College, zweier sogenannter „Historically Black Colleges and Universities" oder Colleges der „Black Ivy League“, aus Atlanta (USA) hat im Rahmen eines mehrtägigen Berlin-Aufenthaltes den naturwissenschaftlichen Campus der Humboldt-Universität zu Berlin besucht, um sich über die hiesigen Studienbedingungen und Forschungsmöglichkeiten zu informieren. IRIS Geschäftsführer Dr. Nikolai Puhlmann und IRIS Mitglied Prof. Christoph Koch sowie Mohammad Fardin Gholami, Doktorand in der Gruppe von IRIS Direktor Prof. Jürgen P. Rabe, gaben einen Einblick in Forschung und Graduiertenausbildung am IRIS Adlershof. Die Gäste zeigten sich sehr interessiert und beeindruckt vom im Entstehen begriffenen IRIS-Forschungsbau sowie von den vielfältigen Möglichkeiten für den internationalen wissenschaftlichen Nachwuchs am Standort Adlershof.