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Grenzflächeneigenschaften organischer Moleküle auf Metalloberflächen

Karacuban, Hatice

In der vorliegenden Arbeit wurden Submonolagenbedeckungen der Modellmoleküle CuPc und PTCDA auf Cu(111) und PTCDA auf NaCl/Cu(111) untersucht. Als Hauptanalysemethode wurde die Rastertunnelmikroskopie eingesetzt. Strukturanalysen an CuPc auf Cu(111) sind ausschließlich bei tiefen Temperaturen möglich, da diese bei Raumtemperatur mobil sind. Zur Untersuchung dieser Strukturen und zur elektronischen Charakterisierung der Grenzflächeneigenschaften von organischen Filmen wurde ein Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop entwickelt, das für die Rastertunnelspektroskopie optimiert wurde. Die Adsorption von CuPc auf Cu(111) führt zu einer substratinduzierten Symmetriebrechung des Moleküls. Bei Betrachtung der besetzten elektronischen Zustände des Moleküls kann ein Schaltprozess zwischen zwei diskreten Niveaus beobachtet werden. DieseModifikationen sind bestimmt durch die On-Top-Adsorptionsgeometrie der Moleküle auf dem Substrat, die anhand hochaufgelöster LT-STM-Daten ermittelt wurde. Die PTCDA-Moleküle zeigen auf dem Cu(111)-Substrat zwei neue Überstrukturen bei tiefen Temperaturen, innerhalb derer die Moleküle verkippt auf dem Substrat vorliegen. Die intermolekulare Wechselwirkung des PTCDA scheint eine wesentliche Rolle für die Umstrukturierung bei tiefen Temperaturen zu spielen. Für PTCDA-Moleküle auf NaCl/Cu(111) konnten ebenfalls zwei neue Überstrukturen auf dem Kupfersubsrat gefunden werden, die die Ausbildung eines Metall-Organik-Komplex’ vermuten lassen. Auf dem NaCl-Film adsorbieren die Moleküle ausschließlich an polaren NaCl-Stufenkanten. Das deutet auf eine starke elektrostatische Wechselwirkung von PTCDA mit NaCl hin. Bei einer Erhöhung der Molekül-dichte tritt an den NaCl-Stufenkanten ein Vollmer-Weber-Wachstum auf. Die lokale Spektroskopie an CuPc/PTCDA auf Cu(111) deutet auf die Ausbildung eines neuen Metall-Organik-Grenzflächenzustands. Dieser Zustand kann bei PTCDA-Molekülen und bei CuPc-Molekülen gefunden werden, die an PTCDA-Moleküle angebunden sind.

In this work, the growth of the archetype molecules CuPc and PTCDA was investigated on Cu(111). PTCDA was also studied on NaCl/Cu(111). The main experiments were carried out with a scanning tunneling microscope. Structural analysis of CuPc on Cu (111) is only possible at low temperatures, since at room temperature the molecules exhibit high surface mobility. For the investigation of these structures and especially to enable scanning tunneling spectroscopy, a low-temperature scanning tunneling microscope was developed. Using this home built STM the experiments could be carried out at about 10 K. After the adsorption of CuPc on Cu (111) a substrate-induced symmetry reduction of the molecules can be observed in scanning tunneling miscroscopy. When the occupied states of the molecules are imaged, a switching between two distinct levels is found. These modifications are determined by the adsorption geometry of the molecules. Based on high resolution STM data, an on-top adsorption geometry of the CuPc-molecules on Cu (111)-substrate can be deducted. At low temperatures, two new superstructures of PTCDA on Cu(111) are observed. The molecules within these superstructures are tilted with respect to the substrate. Intermolecular interactions may be the crucial factor for the realignment of the molecules. If PTCDA molecules are adsorbed on a NaCl/Cu (111) substrate, at room temperature, also two new superstructures on the copper substrate were found. They indicate the formation of a metall-organic-complex. On top of the NaCl layer the molecules exclusively grow at polar NaCl step edges. This is an indication for electrostatic interaction between the PTCDA molecules and the NaCl layer. When the molecule density is further increased, a Vollmer-Weber growth sets in. If both molecules PTCDA and CuPc are present on the sample at the same time, local spectroscopy provides information on the metal-organic interface in direct comparison. The STS-results of CuPc/PTCDA on Cu (111) suggest a formation of a metal-organic interface state. This state can be observed above the PTCDA molecules and for CuPc molecules aligned to a PTCDA island.

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Karacuban, Hatice: Grenzflächeneigenschaften organischer Moleküle auf Metalloberflächen. 2010.

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