Fendrich, Markus:

Frequenzmodulierte Rasterkraftmikroskopie an organischen Molekülen

Duisburg (2008), 153 S. : Ill., graph. Darst.
Buch / Monographie / Fach: Physik
Fakultät für Physik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2008
Abstract:
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit verschiedenen Untersuchungen organischer Moleküle auf Oberflächen. Diese wurden mit Hilfe der frequenzmodulierten Rasterkraftmikroskopie (FM-AFM) durchgeführt, einer Rastersondenmethode, die auch die Abbildung von Isolator-Oberflächen mit hoher Ortsauflösung erlaubt. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem gleichzeitig mit der Topographie aufgezeichneten Dämpfungssignal. Die für die Dämpfung verantwortlichen Mechanismen auf Grund einer nicht konservativen Wechselwirkung zwischen Messspitze und Probe werden diskutiert. Die Messungen werden ergänzt durch Rechnungen und Simulationen mit Hilfe empirischer Potentiale. Bei der Untersuchung eines prototypischen organischen Halbleitermoleküls, 3,4,9,10-Perylen-Tetrakarbonsäure-Dianhydrid (PTCDA) auf KBr(001) wird Inselwachstum von Molekülkristalliten auf der Oberfläche festgestellt. Die Moleküle der obersten Kristalllage können sowohl im Topographie- als auch im Dämpfungssignal einzeln aufgelöst werden. Ein Mechanismus für die Dämpfung wird vorgeschlagen und durch Rechnungen belegt. Für PTCDA wird mit Hilfe empirischer Potentiale die Ehrlich-Schwoebel-Barriere berechnet, d.h. die zusätzliche Diffusionsbarriere für ein Molekül bei Überquerung einer Stufenkante. Diese Barriere ist ein wichtiger Parameter für die Kinetik des Kristallwachstums, die gefundenen Energiebarrieren stehen im Einklang mit indirekten experimentellen Hinweisen, die einen starken Ehrlich-Schwoebel-Effekt für PTCDA vermuten lassen. Das Wachstum eines dem PTCDA ähnlichen organischen Moleküls, N,N'-Dimethyl-Perylen-3,4,9,10-bis(dicarboximid) (DiMe-PTCDI) wird auf KBr(001) und NaCl(001) untersucht. Die Moleküle arrangieren sich auf diesen Substraten zu drahtartigen Strukturen, die Drähte folgen der [110]-Substratrichtung. Auf KBr sind die Drähte sehr mobil, auf NaCl wesentlich stabiler. Rechnungen und Monte-Carlo-Simulationen werden präsentiert, sie können hier zum tiefergehenden Verständnis der experimentellen Beobachtungen beitragen. Für PTCDA auf Ag(111) kann submolekularer Kontrast im Topographie- und Dämpfungssignal erzielt werden. Insbesondere für die erhöhte Dämpfung an den funktionellen Gruppen der Moleküle wird im Licht der Experimente und Rechnungen anderer Forschergruppen eine überzeugende Erklärung gegegeben: Vorgeschlagen wird ein spitzeninduziertes Aufbrechen der chemischen Bindung der funktionellen Gruppen zum Substrat und eine kurzfristige Bindung an die Spitze.