Orbital Cinema (ERC synergy grant, 07/2023 - 06/2029)

In Zeitlupenvideos direkt zu beobachten, wie sich Elektronen in quantenmechanischen Orbitalen bewegen und wie diese Bewegung die Funktionalität kondensierter Materie prägt, ist das Ziel von "Orbital Cinema". Gemeinsam mit den experimentellen Gruppen von  Stefan Tautz, Ulrich Höfer, und Rupert Huber untersuchen wir in diesem ERC Synergy Projekt die blitzartigen Bewegungen von Elektronen in Molekülen in ultraschneller Zeitlupe erfassen. Auf revolutionäre Art soll so ein direkter Einblick in die innere Struktur von Quantensprüngen und Ladungstransferprozessen gewonnen und gezeigt werden, wie sich chemische Reaktionen durch elektrische Felder und Licht steuern lassen.

Exzitondynamiken in Squarainen (FWF 03/2024 - 02/2027)

Organische Halbleitermaterialien auf Basis von Squarainen (SQ) stellen eine vielversprechende Materialklasse für lichtbasierte Anwendungen dar, wie z. B. Photovoltaik, Photosensorik oder Biomedizin. 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 unter der Leitung von Markus Koch (TU Graz), untersucht einerseits experimentell die Exzitondynamikenmit mit Hilfe von Ultrakurzzeitmikroskopie. Auf theoretsicher Seite (Uni Graz) werden die optische Anregungszustände mit Hilfe von ab-initio Methoden (TDDFT, GW+BSE) berechnet.

Exploring the foundations of photoemission tomography (2018-2022)

Photoemissionstomographie ist ein Verfahren, bei dem die Winkelverteilung von Elektronen, die durch den Photoeffekt mittels UV-Licht aus orientierten Molekülschichten herausgelöst werden, benutzt wird, um die räumliche Struktur von Molekülorbitalen abzubilden. Unser Team, bestehend aus experimentellen OberflächenphysikerInnen der Universität Graz, des Forschungszentrums Jülich und ExpertInnen in Metrologie und Synchrotronstrahlung der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Berlin, plant dabei eine Reihe von Experimenten, um den Gültigkeitsbereich der so-genannten "plane wave final state" Näherung auszuloten. Theoretische Unterstützung bei quantenmechanischen ab-initio Berechnungen und Simulationen von Photoemissionsquerschnitten aus meiner Gruppe ergänzen dabei dieses Projekt.

Projekt Informationen: FWF I3731 / DFG

Ausgewählte Veröffentlichungen: Science 371, 1056-1059 (2021), ACS Nano 14, 15766-15775 (2020), Nature Communications 10, 3189 (2019)

Quantifying photoemission of organic molecular films (2014-2018)

Dieses Projekt zielt auf eine quantitative Beschreibung des Photoemissionsquerschnittes von organischen Molekülfilmenab. Dabei werden drei Ansätze verfolgt:  (i) Verbesserung der theoretischen Beschreibung der Anfangszustände und der Wellenfunktionen, (ii) Miteinbeziehung von Streueffekten im Endzustand und (iii) Erforschung der Polarisationsabhängigkeit des Photoemissionsquerschnittes. Die theoretischen Entwicklungen und Simulationsergebnisse, die in diesem Projekt erreicht werden, sind eng verbunden mit dazugehörigen ARPES Experimenten. Dies erlaubt zum einen das "Benchmarking" von theoretischen Methoden und zum anderen ein vertieftes Verständnis von der elektronischen Struktur von organischen Molekülfilmen.

Projekt Informationen: FWF P27649-N20

Ausgewählte Veröffentlichungen: Nature Communications 6, 8287 (2015), PCCP 17, 1530-1548 (2015) Nature Communications 8, 335 (2017)

Understanding photoemission of organic molecular films (2011-2014)

Dünne Filme pi-konjugierter, organischer Moleküle finden bereits Anwendung als aktive Elemente in verschiedenen opto-elektronischen Bauteilen wie OLED Displays. Trotzdem hinkt das Verständnis ihrer elektronischen Struktur, insbesondere an Grenzflächen zu Metallen, hinterher. Mittels winkelaufgelöster Photoemissionspektroskopie (ARPES) erforschen wir die elektronische Bandstruktur von orientierten Molekülfilmen und deren Grenzflächen mit metallischen Oberflächen, und zeigen, wie die ARPES Intensitätsverteilung genutzt werden kann, um die Elektronenverteilung von einzelnen Molekülorbitalen abzubilden.

Projekt Informationen: FWF P23190-N16

Ausgewählte Veröffentlichungen: Science 326, 702-706 (2009), Phys. Rev. B 84, 235427 (2011) PNAS 111, 605-610 (2014)