@phdthesis{Pfister2011,
  author    = {Pfister, Johannes},
  title     = {On the correlation between the electronic structure and transport properties of [2.2]paracyclophanes and other aromatic systems},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-65362},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit pr{\"a}sentiert theoretische Untersuchungen zu Energie- und Ladungs-Transporteigenschaften in organischen Kristallen. Kapitel 4 behandelt Exzitonentransport in Anthracen bei dem der Fall einer schwachen Kopplung zwischen den π-Systemen vorliegt. Die elektronische Kopplung wird mit dem „monomer transition density" (MTD) Ansatz berechnet. Aus den Kopplungen und Reorganisationsenergien werden mit der Marcus-Theorie H{\"u}pfraten berechnet. Mit Kenntnis der Kristallstrukturen werden daraus in die experimentell zug{\"a}nglichen Exzitonendiffusionsl{\"a}ngen berechnet, deren isotroper Anteil im Rahmen der Streuung der experimentell zug{\"a}nglichen Daten reproduziert werden. Auch die Anisotropie der Exzitonendiffusionsl{\"a}ngen wird qualitativ und quantitativ im Rahmen der zu erwartenden Messgenauigkeit richtig wiedergegeben. Weiterhin enth{\"a}lt Kapitel 4 Untersuchungen zum Elektronen- und Lochtransport in den zwei verschiedenen Modifikationen (α und β) von Perylen. Reorganisationsenergien sowie Diffusionskonstanten wurden f{\"u}r beide beide Kristallstrukturen und Typen des Ladungstransports berechnet. Den besten Transport stellt dabei Lochtransport in β-Perylen dar, jedoch ist dieser stark isotrop. Die bevorzugte Transportrichtung is entlang der b-Achse der Einheitszelle mit elektronischen Kopplungen von gr{\"o}ßer als 100 meV. Allerdings gibt es hier keinerlei Lochtransport in Richtung der c-Achse. Die Diffusionskonstante in Richtung der b-Achse ist um zwei Gr{\"o}ßenordnungen gr{\"o}ßer als die in c-Richtung (62.7•10-6 m2/s vs. 0.4•10-6 m2/s). Der Ladungstransport wird sowohl f{\"u}r L{\"o}cher, als auch f{\"u}r Elektronen in beiden Perylenmodifikationen immer stark anisotrop berechnet. Um diese Resultate zu verifizieren wurden experimentelle Elektronenmobilit{\"a}ten in α-Perylen mit den Simulationen verglichen. Es stellte sich eine sehr gute {\"U}bereinstimmung heraus mit Fehlern von nur maximal 27\%. Wie oben gezeigt, ist es m{\"o}glich Transporteigenschaften in zwischen schwach wechselwirkenden Systemen zu berechnen und zu messen. Allerdings ist es hier schwierig, die G{\"u}te der zu Grunde liegenden Kopplungsparameter genau anzugeben. Aus diesem Gunde wurde eine Zusammenarbeit {\"u}ber stark wechselwirkede Systeme zwischen uns sowie den Arbeitskreis von Prof. Ingo Fischer begonnen. Dort wurden [2.2]Paracyclophane und dessen Derivate untersucht um zu zeigen, wie Substitution mit Hydroxylgruppen deren Absorptionseigenschaften beeinflusst. Eine Kombination der SCS-MP2 und SCS-CC2-Methoden liefert hierbei insgesamt die besten Ergebnisse um die geometrischen und elektronischen Strukturen f{\"u}r Grund- und angeregte Zust{\"a}nde dieser Modellsysteme sowie deren Stammmolek{\"u}len Benzol und Phenol zu beschreiben. Strukturell weist nur [2.2]Paracyclophan im Grundzustand ein Doppelminimumspotenzial bzgl. Verschiebung und Verdrillung der Benzol/Phenol-einheiten untereinander auf. Alle anderen Systeme sind aufgrund ihrer Substitution weniger flexibel. Fast alle untersuchten [2.2]Paracyclophane zeigen nur geringe Struktur{\"a}nderungen bei der Anregung in den S1 Zustand: Der Abstand zwischen den Ringen wird k{\"u}rzer, aber qualitativ behalten sie ihre Verdrillung und Verschiebung bei, wenn auch das Ausmaß dieser Verzerrungen reduziert wird. Die Ausnahme hierbei ist p-DHPC, welches von einer verschoben Struktur im Grundzustand in eine verdrillte Struktur im angeregten Zustand {\"u}bergeht. Dies hat zur Konsequenz, dass die Intensit{\"a}t des 0-0-{\"U}bergangs aufgrund der Franck-Condon Faktoren f{\"u}r p-DHPC experimentell nicht mehr beobachtet werden kann und von Verunreinigungen durch o-DHPC {\"u}berdeckt wird. Die Strukturen der Paracyclophane und deren {\"A}nderung durch elektronische {\"U}berg{\"a}nge werden in dieser Arbeit durch elektrostatische Potenziale sowie den antibindenen (bindenden) HOMO (LUMO) Orbitalen erkl{\"a}rt. Adiabatische Anregungsenergien wurden mit Nullpunktsschwingungsenergien korrigiert und liefern Genauigkeiten deren Fehler weniger als 0,1 eV betr{\"a}gt. Hierbei ist zu beachten, dass eine Korrektur auf B3LYP Niveau die Ergebnisse verschlechtert und man die Berechnung der Schwingungsfrequenzen auf SCS-CC2 durchf{\"u}hren muss um diese Genauigkeit zu erhalten. Aufgrund dieser Rechnungen wurde eine Interpretation der experimentellen [1+1]REMPI Spektren m{\"o}glich. Bandenprogressionen f{\"u}r die Schwingungen der Verschiebung, der Verdrillung und einer Atmung im [2.2]Paracyclophanskelett wurden identifiziert und zeigen gute {\"U}bereinstimmung zum Experiment. Diese Arbeiten zeigen, dass das Substitutionsschema von [2.2]Paracyclophanen eine erhebliche Auswirkung auf die spektroskopischen Eigenschaften haben kann. Da diese Eigenschaften direkt mit den Transporteigenschaften dieser Materialien verbunden ist, kann das hier gewonnene Verst{\"a}ndnis der spektroskopischen Eigenschaften genutzt werden, um Materialien mit maßgeschneiderten Transporteigenschaften zu designen. Es konnte gezeigt werden, dass die SCS-CC2-Methode sehr gut geeignet ist, die zu Grunde liegende Wechselwirkung zwischen den π-Systemen vorherzusagen.},
  subject      = {Ladungstransport},
  language  = {en}
}