Struktur und Eigenschaften von Siliziumclustern, Si-basierten Nanostrukturen und funktionalisierten SiO-Systemen

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In der zweiten Verlängerungsphase schlagen wir ein umfangreiches Arbeitsprogramm vor, mit dem wir unsere theoretischen Studien zur Erforschung der Struktur und Eigenschaften von Siliciumclustern sowie von Si- und SiO-basierten Nanostrukturen zu einem gewissen Abschluß bringen wollen. Zum Einsatz kommen hierzu Dichtefunktionalmethoden, die in verschiedenen Näherungsstufen implementiert, in ihrer Genauigkeit aufeinander abgestimmt sind. In einer Kombination von All-Elektron-, Pseudopotential- und Tight-Binding-Techniken erlauben sie, sowohl einen großen Konfigurationsraum von möglichen niederenergetischen Clusterisomeren als auch die Grundzustandseigenschaften von nanoskaligen Gerüststrukturen effizient und mit hoher Vorhersagesicherheit zu beschreiben. Während wir für die reinen Siliciumcluster unter Einsatz komplexer Optimierungsstrategien den Übergang des Wachstums von prolaten zu kompakten dreidimensional vernetzten sphärischen Strukturen und die damit verbundenen Eigenschaftskorrelationen besser verstehen wollen, wenden wir uns nun verstärkt der Frage zu, inwieweit die SiClusterchemie durch die Einbeziehung von Heteroatomen für die gezielte Ausbildung ungewöhnlicher Koordinationen kontrollierbar beeinflußt und modifiziert werden kann. Hier führen wir unsere Arbeiten zu den chemisch mittels Elektronendonatoren substituierten Clustern fort und prüfen mit ersten Rechnungen alternative Möglichkeiten, über die Bildung hochgradig anionischer Cluster durch Ladungstransfer, ähnlich dem Zintl-Konzept, oder die Oxidation von Metallen (Silicidbildung), käfigartige Nanostrukturen zu stabilisieren und diese gegebenenfalls miteinander zu vernetzen. In Anwendung auf die im Schwerpunkt experimentell untersuchten SiOx-Systeme behandeln wir Fragen der Stabilität, der Realstruktur und spektroskopischer Eigenschaften von Siloxenschichtstrukturen, SiOx-Suboxiden und funktionalisierten Octa-Silsesquioxanen. Weiterhin untersuchen wir die photo- und thermochemischen Eigenschaften dieser Silsesquioxane und analysieren mittels nichtadiabatischer MolekulardynamikSimulationen mögliche Reaktionswege für eine photo/laserinduzierte Dimerisierung und Polymerbildung.