Ultrakurzzeitmikroskopie von Exzitondynamiken in Squarainen

Organische Halbleitermaterialien auf Basis von Squarainen (SQ) stellen eine vielversprechende Materialklasse für lichtbasierte Anwendungen dar, wie z. B. Photovoltaik, Photosensorik oder Biomedizin. Ihre Popularität basiert einerseits auf den günstigen optischen Eigenschaften einzelner SQ- Moleküle, und andererseits auf der Möglichkeit, die Licht-Materie-Wechselwirkung durch Änderung der strukturellen Anordnung der SQ-Moleküle zu beeinflussen. Trotz dieses Potenzials wurden SQ Materialien bisher nur mit konventionellen (statischen) Spektroskopiemethoden und nur für die niedrigsten Anregungsenergien untersucht. Ihr dynamisches Verhalten bei Photoanregung, das für Anwendungen oft wichtiger als die statische Anregungsenergie ist, blieb bislang völlig unbekannt. Um diese Lücke zu schließen, werden in diesem Projekt die Dynamiken von SQ-Molekülkristallen nach Photoanregung mit ultraschneller transienter Absorptionsmikroskopie (TAM) untersucht, und die Dynamik verschiedener Kristallstrukturen verglichen. Die TAM-Technik ermöglicht es, Licht-Materie- Wechselwirkungsprozesse auf ihrer natürlichen und Längen- und Zeitskala zu beobachten, indem sie eine räumliche Auflösung im (Sub-)Mikrometerbereich und eine zeitliche Auflösung im Femtosekundenbereich ermöglicht. Die Interpretation der TAM-Ergebnisse wird durch Simulationen mit dem Essential States Model, sowie mit Dichtefunktionaltheorie unterstützt. Ziel des Projekts ist eine vollständige Beschreibung der optischen Eigenschaften organischer SQ-Halbleiter, einschließlich energetisch höherer Zustände, ultraschnellem Energie- und Ladungstransfer und der Kopplung mit Phononen. Das Projekt wird in internationaler Kooperation von TU Graz, Universität Graz, Universität Linz und Temple University (Philadelphia, USA) ungesetzt.