Studium und Forschung
1995 - 1999
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf / Institut für Physik der kondensierten Materie
wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl für Festkörperspektroskopie
Dezember 1998
Promotion im Fach Physik
Titel der Dissertation:
Theoretische und spektroskopische Untersuchungen der Wirt-Gast-Wechselwirkungen in dotierten triklinen p-Terphenyl Einkristallen
Ziel der Arbeit war die Deutung der optischen Spektren von Gastmolekülen ("Störstellen") in organischen p-Terphenyl-Einkristallen.
Dazu wurden Absoprtions-, Emissions- und Anregungsspektren der Gastmoleküle Anthrazen, Tetrazen, Pentazen und Terrylen bei flüssig-Helium-Temperatur (4K) gemessen, bei der thermische Schwingungen des Kristallgitters "eingefroren" sind und die isolierte Beobachtung optisch induzierter Molekülschwingungen möglich wird. Die Molekülschwingungen der Gäste resultieren aus der Elektron-Phonon-Kopplung gemäß Franck-Condon-Prinzip und sind als pseudo-lokalisierte Phononen interpretierbar.
Angeregt wurden die Schwingungen mit einen kontinuierlich durchstimmbaren Farbstoff-Laser mit einer Pulsbandbreite von ω=0,5 cm-1, der zur Spektralanalyse verwendete Monochromator erlaubte ebenfalls eine Frequenzauflösung von ω=0,5 cm-1
Um die experimentelle Ergebnisse deuten zu können, wurden Moleküldynamik-Simulationen eines Testkristalliten durchgeführt, in dem das Gastmolekül von Elementarzellen Wirtsgitters umgegeben ist.
Die zugehörige Simulations-Software wurde im Rahmen der Arbeit programmiert.
Anhand diverser Sätze bekannter Atom-Atom-Potentiale wurden die Schwingungs-Normalmoden (Translation, Rotation und Mischmoden) der Gastmoleküle als quantenmechanische harmonische Oszillatoren berechnet. Eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Spektren ergab sich erst, nachdem das Wirtsgitter um die Störstelle herum in einen neuen Geichgewichtszustand "relaxiert" wurde. Der Relaxation entspricht dabei eine Minimierung des Energiefunktionals für den gesamten Testkritallit. Diese energetische Optimierung wurde mit numerischen Verfahren (Simplex-Algorithmus, Stimulated Annealing) und Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt. Eine Einführung zusätzlicher Parameter zur Anpassung der Kraftfelder erwies sich dabei als nicht erforderlich.
Die in den Spektren beobachteten Schwingungsprogessionen der Moleküle konnten so in Abhängigkeit von den inäquivalenten Einbaulagen der Gastmoleküle als Translations-, Rotations- und Mischmoden
der Gastschwingungen um ihre Ruhelagen identifiziert werden.
Die Arbeit wurde motiviert durch die Erforschung der spektralen Eigenschaften dotierter Molekülkristalle, die eine wichtige Rolle auf dem Gebiet der Einzelmolekülspektroskopie spielt.
Teilergebnisse dieser Untersuchung wurden in einem Paper veröffentlich, das von W.E. Moerner (Nobelpreis für Chemie 2014) in seiner Nobel Lecuture zitiert wird (siehe "Veröffentlichungen").
1988 - 1994
Heinrich-Heine-Universität
Studium der Physik mit den Schwerpunkten
- Festkörperphysik
- Laserspektroskopie
- Simulation von Vielteilchensystemen
- Materialwissenschaft
