Forschende des Departments Chemie und Pharmazie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) unter der Leitung von Prof. Dr. Dirk M. Guldi haben gemeinsam mit den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Wu Lu und Prof. Dr. Michael M. Haley eine neue Studie im Journal of the American Chemical Society (JACS) veröffentlicht. Die Arbeit liefert grundlegende Einblicke in das Zusammenspiel von Molekülstruktur, Kernbewegung und angeregter Spin-Dynamik in organischen Open-Shell-Systemen und erweitert damit das Verständnis photoinduzierter Prozesse, die für zukünftige molekularelektronische Technologien von Bedeutung sind.

Spin-Vibronische Kopplung in Indenoindenodibenzothiophen-Diradikaloiden

Der Beitrag „Spin-Vibronic Coupling in Indenoindenodibenzothiophene Diradicaloids“, der kürzlich im Journal of the American Chemical Society erschienen ist, zeigt, wie molekulare Bewegungen lichtinduzierte Spinzustandsänderungen in organischen Open-Shell-Systemen steuern können. Im Mittelpunkt der gemeinsamen Arbeiten der Forschungsgruppen Guldi, Haley und Lu stehen Indenoindenodibenzothiophen-(IIDBT)-Diradikaloide – eine Klasse organischer Moleküle mit außergewöhnlichen elektronischen Eigenschaften.

Absorbieren diese Moleküle Licht, werden Elektronen in angeregte Zustände überführt. Dieser Prozess beschränkt sich jedoch nicht auf die elektronische Anregung: Gleichzeitig reagiert das Molekülgerüst mit Bindungsstreckungen, Ringdeformationen und kollektiven Schwingungsbewegungen. Die Studie zeigt, dass ausgewählte Schwingungsmoden elektronische und Spin-Freiheitsgrade miteinander koppeln und dadurch einen effizienten Übergang zwischen unterschiedlichen Spinzuständen ermöglichen. Dieser Mechanismus wird als spin-vibronische Kopplung bezeichnet.

Durch den Vergleich der beiden eng verwandten Isomere syn-IIDBT und anti-IIDBT konnte das Forschungsteam nachweisen, dass bereits geringfügige strukturelle Unterschiede die Effizienz lichtinduzierter Spinzustandsänderungen maßgeblich beeinflussen. Die Ergebnisse verdeutlichen die zentrale Rolle molekularer Schwingungen in organischen Open-Shell-Materialien und liefern wichtige Designprinzipien für die Entwicklung zukünftiger optoelektronischer und spintronischer Systeme. Insbesondere zeigt die Studie, dass angeregte Molekülschwingungen die spin-vibronische Kopplung fördern und den Übergang von Singulett- zu Triplettzuständen ermöglichen.

Die Publikation ist im Journal of the American Chemical Society erschienen:

Spin-Vibronic Coupling in Indenoindenodibenzothiophene Diradicaloids

DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.6c03953

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