Forschung
Arbeitskreis Tobias Brixner
Femtosekundenspektroskopie und Quantenkontrolle
Unsere Arbeitsgruppe befasst sich mit der (multidi-mensionalen) Spektroskopie ultraschneller molekularer Prozesse, deren Kontrolle auf quantenmechanischer Ebene sowie mit dem Forschungsfeld der ultraschnellen Nano-Optik. Dynamische Prozesse in Molekülen laufen auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden bis hin zu Nanosekunden ab. Wir entwickeln spektroskopische Methoden und wenden diese an, um solche Phänomene sichtbar zu machen. Ein Schlüssel für diese Einblicke liegt in der Fähigkeit, die zeitliche Entwicklung extrem kurzer Lichtpulse zu manipulieren („Pulsformung“). Eines unserer Ziele ist es, ultrahohe räumliche Auflösung mit ultrahoher Zeitauflösung zu kombinieren. Auf diese Weise beobachten und steuern wir zum Beispiel Ladungs- und Energietransfer in molekularen Aggregaten, chemische Reaktionsdynamik oder Plasmonenpropagation in Nanostrukturen.
Arbeitskreis Bernd Engels
Theoretische Quantenchemie
Im Arbeitskreis Engels werden Fragestellungen der biomolekularen Chemie und der Materialwissen-schaften mit Hilfe quantenchemischer (QM), molekular-mechanischer (MM) und Hybridansätze (QM/MM) untersucht. Im Rahmen der Material-forschung bearbeiten wir Fragen rund um den Energie- und Ladungstransfer in organischen Halbleiter-Materialien. Ein Fokus unserer derzeitigen Untersuchungen sind Exzitonen-Trapping-Prozesse in molekularen Aggregaten oder Einkristallen. Im Bereich der biomolekularen Chemie untersuchen wir die Inhibitionsmechanismen neuer Wirkstoffe gegen Infektionskrankheiten. Hier konzentrieren wir uns zurzeit auf die Entwicklung kovalent-reversibler Inhibitoren. Neben diesen anwendungsbezogenen Arbeiten entwickelt der Arbeitskreis verbesserte Kraftfelder für intermolekulare Wechselwirkungen, die den Charge-penetration-Effekt berücksichtigen, sowie neue globale Optimierungsroutinen, die auf dem Tabu-Search beruhen. Die hier entwickelten Ansätze werden in das im AK entwickelte Programmpaket CAST implementiert.
Arbeitskreis Volker Engel
Theoretische Quantendynamik und Spektroskopie
Unsere Forschungsinteressen liegen auf dem Gebiet der Theorie der Kern- und Elektronendynamik in Laserfeldern. Zur Beschreibung laserinduzierter Prozesse in Molekülen benutzen wir numerische Lösungen der zeitabhängigen Schrödingergleichung. Es ist dann möglich, Femtosekunden-zeitaufgelöste Experimente zu beschreiben, welche in auf einer ultrakurzen Zeitskala die Dynamik in Molekülen (zeitliche Geometrieänderungen, Ablauf chemischer Reaktionen) verfolgen. Aktuell befassen wir uns mit Transportprozessen in Molekülaggregaten sowie der linearen (Absorption, Emission, CD) und nicht-linearen (Vierwellenmischung) Spektroskopie solcher Systeme. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Dynamik in Molekülen bei welchen aufgrund starker Elektronen-Kern Kopplung die Born-Oppenheimer Näherung versagt.
Arbeitskreis Ingo Fischer
Photochemie und chemische Dynamik
Unsere Interessen gelten der Spektroskopie, Photo-chemie und Reaktionsdynamik von Molekülen. Unter Dynamik verstehen wir dabei, die mikroskopischen Details einer Reaktion aufzuklären. Wir untersuchen sowohl die Struktur und Dynamik isolierter Moleküle als auch chemische Reaktionen in Lösung. Ein Schwerpunkt liegt auf reaktiven offenschaligen Molekülen, wie Kohlenwasserstoffradikalen und Carbenen, die eine wichtige Rolle in Verbennungs-prozessen spielen, aber auch in der Atmosphären- und Astrochemie von Bedeutung sind. Diese reaktiven Moleküle werden aus geeigneten Vorläufern erzeugt, die wir häufig selber synthetisieren. In unseren Studien setzen wir verschiedene sich ergänzende Methoden ein, darunter zeitaufgelöste Spektroskopie, aber auch Schwingungs- und elektronische Spektroskopie sowie die Photoionisation mit Synchrotronstrahlung. Da einige Projekte externen durchgeführt werden (z.B. an Synchrotronstrahlungsquellen), pflegen wir zahlreiche internationale Kooperationen.
Arbeitskreis Tobias Hertel
Spektroskopie von Nanooberflächen
Vorgänge an Nanooberflächen sind entscheidend für Wachstum, Eigenschaften und Funktion von Nanomaterialien. Wir entwickeln Werkzeuge und Methoden mit denen Phänomene an Nanopartikel-Lösungsmittelgrenzflächen systematisch untersucht werden können. Hierzu konzentrieren wir uns auf einwandige Kohlenstoffnanoröhren welche im Ensemble und als Einzelpartikel mit Hilfe einer Kombination verschiedener stationärer und ultraschneller zeitaufgelöster Sonden mit mikrofluidischen und kolloidchemischen Methoden untersucht werden.
Arbeitskreis Roland Mitric
Quanten-klassische Dynamik, Photochemie und Laserkontrolle
Die Arbeitsgruppe Mitric entwickelt Methoden zur Simulation und Laserkontrolle der lichtinduzierten Dynamik in komplexen molekularen Systemen basierend auf gemischt quanten-klassischen Ansätzen. Dabei wird die effiziente (semi-)klassische Beschreibung der Kerndynamik mit der quantenchemischen Beschreibung der elektronischen Struktur unter Einbeziehung nichtadiabatischer Effekte und der Wechselwirkung mit Licht kombiniert. Unser Ziel ist es, grundlegendes Verständnis der Photochemie und Photophysik in komplexen Systemen zu erlangen und dieses Wissen auf die Entwicklung neuartiger Materialien anzuwenden.
Aktuell werden folgende Forschungsgebiete bearbeitet:
a) Lichtinduzierte nichtadiabatische Photodynamik in Molekülen in komplexen Umgebungen, Metall-Clustern und hybriden Nanostrukturen.
b) Kohärente Kontrolle der Photochemie in komplexen Systemen durch geformte Laserpulse.
c) Theorie der ultraschnellen Spektroskopie und molekularen Bildgebung.
d) Theoretisches Design neuartiger optischer, katalytischer und plasmonischer Materialien.
Nachwuchsgruppe Merle Röhr
We develop and apply theoretical methodology suitable to investigate aggregation-induced functions in supramolecular structures in the ground and excited state. In particular, we study how supramolecular systems can facilitate (photo-)catalytic reactions and how structural motifs effect charge and exciton transport. We apply new atomistic dynamics simulation techniques allowing us to gain insight into the mechanistic details of these processes. Furthermore, we aim to understand how molecular aggregates are formed and thus, how the formation towards desired structural motifs can be controlled.
