Organische Elektronik

Die Arbeitsgruppe Computerchemie beschäftigt sich thematisch mit der Theorie zur Elektronenstruktur kondensierter Materie. Im Fokus stehen dabei die Anwendung moderner Dichtefunktionalmethoden auf Probleme der organischen Elektronik und Photovoltaik auf der einen, sowie die Entwicklung neuer und Verbesserung existierender Methoden auf der anderen Seite.

Typische Herausforderungen für theoretische Elektronenstrukturrechnungen im Bereich der organischen Halbleiter sind die Bestimmung von Molekülgeometrien, die Struktur von Dünnfilmschichten, Oberflächen, und organischen Kristallen, die Berechnung optischer und elektronischer Eigenschaften wie Absorptions- und Fluoreszenz-, Raman-, und NMR-Spektren, Ionisationspotentiale und Elektronenaffinitäten und vieles mehr. Typische „kleine“ Moleküle in der organischen Elektronik sind Perylen-Derivate (wie etwa PTCDA), Metall-Phthalocyanin-Komplexe (wie etwa CuPc), oder Fullerene (wie z.B. C60).

Dichtefunktionaltheorie

Die Dichtefunktionaltheorie (DFT) und ihre zeitabhängige Erweiterung (TDDFT) gehören heute zu den am häufigsten genutzten Elektronenstrukturmethoden in Chemie und Physik. Im Verhältnis zu anderen Elektronenstukturmethoden zeichnet sich die DFT insbesondere durch geringe numerische Kosten und vergleichsweise genaue Ergebnisse aus.

Das zentrale Theorem der DFT besagt, dass sämtliche elektronischen Eigenschaften eines Vielteilchensystems allein durch die Kenntnis seiner Grundzustandsdichte festgelegt werden. Damit lässt sich das enorm komplexe Vielteilchenproblem im Prinzip durch ein deutlich einfacheres Einteilchenproblem ersetzen, in welchem die Elektron-Elektron-Wechselwirkung durch ein effektives Einteilchenpotential repräsentiert wird. Die enorm aufwendige Bestimmung der Vielteilchenwellenfunktion wird damit überflüssig. Alle Information über die elektronischen Eigenschaften des Systems sind durch die ortsabhängige Grundzustandsdichte n gegeben.

In der Praxis wird die Genauigkeit von DFT-Rechnungen wesentlich von den für das sog. Austausch-Korrelationsfunktional gemachten Näherung bestimmt. Ein zentraler Aspekt der Arbeit der AG Computerchemie ist die Analyse bestehender und die Entwicklung neuer Näherungen an das Austausch-Korrelationsfunktional.