Ab initio investigations of π-conjugated-molecule-metal interfaces for molecular electronics and spintronics

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Der Wunsch nach Miniaturisierung stellt die konventionelle Elektronik vor große Herausforderungen. Die „bottom up“ Strategie zur Entwicklung elektronischer Bauelemente bietet vielversprechende Alternativen zur Verkleinerung der bestehenden Siliziumtechnologie. Aktuelle Forschungen in der Molekularelektronik konzentrieren sich auf adsorbierte Atome und Moleküle als kleinste elektronische Elemente. Zudem verspricht die Molekularspintronik Vorteile wie geringeren Energieverbrauch, indem der Ladungsstrom durch Spinstrom ersetzt wird. Eine realistische theoretische Modellierung ist für die Entwicklung neuer Bauteile in beiden Bereichen unerlässlich. Die Dichtefunktionaltheorie ist die bevorzugte Methode zur mikroskopischen Beschreibung von Grenzflächen zwischen Molekülen und Oberflächen. Bei schwach gebundenen, organischen Molekülen, bei denen van der Waals Wechselwirkungen dominieren, stoßen gängige Näherungen für das Austausch-Korrelations-Funktional an ihre Grenzen. Diese Arbeit untersucht die Adsorption konjugierter Moleküle auf Metalloberflächen. Es werden neuartige semi-empirische und ab initio Formulierungen getestet, um die van der Waals Wechselwirkungen besser zu beschreiben. Die Ergebnisse führen zu Vorschlägen für magnetische Systeme in der Molekularspintronik, darunter Cyclooctatetraen und Paracyclophan, die beide interessante Eigenschaften als Spinfilter aufweisen und die magnetischen Eigenschaften von Oberflächen durc