1. Wachstum, thermische Entwicklung und Phasentransformationen von NTCDA und Tetracen auf der Ag(111)-Oberfläche
- Author
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Braatz, Carolin and Jakob, Peter (Prof. Dr.)
- Subjects
Physics -- Physik ,Grenzfläche ,Phasendiagramm ,Ag(111) ,Phasenübergang ,Tetracen ,Oberflächenphysik ,Organische Moleküle ,phase diagram ,NTCDA ,Physik ,Tetracene ,dynamical charge transfer ,Sillber ,interface ,Infrarotspektroskopie ,SPA-LEED ,TPD ,Infrared spectroscopy ,2013 ,ddc:530 - Abstract
In this thesis growth and thermal evolution of the organic molecules 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic-dianhydride (NTCDA) and Tetracene (Tc) on the Ag(111) surface were investigated in the coverage range of ultra thin layers. The layer preparation was performed via molecular beam epitaxy under ultrahigh vacuum conditions. For investigation infrared reflection absorption spectroscopy (IRAS), spot profile analysis low-energy electron diffraction (SPA-LEED) and thermally programmed desorption (TPD) were used. For NTCDA in the coverage range of one monolayer the transition from the dense packed compressed monolayer, which corresponds to 1,0 monolayer, to the less dense packed relaxed monolayer, which corresponds to 0,9 monolayers, was investigated. The transition takes place in the temperature range between 350 K and 400 K. In both monolayer phases the molecules are oriented parallel with respect to the surface. Via postdeposition of additional material onto the relaxed monolayer a third type of monolayer could be prepared, with molecules standing upright on the surface. In the submonolayer regime a new ordered phase was found which can be obtained from the relaxed monolayer phase by a shift of entire molecular rows. In the coverage range between one and two monolayers a metastable bilayer was found which is also oriented parallel to the surface. The bilayer is largely decoupled from the metal surface. Starting with a coverage of more than two monolayers a multilayer phase is formed without any sign of the bilayer. In the coverage range between two and 20 monolayers two different multilayer phases were found depending on the amount of NTCDA and sample temperature during deposition. The arrangement of the molecules among each other is similar for both multilayer phases and corresponds to the arrangement found for the bulk phase. The multilayer phases differ in the orientation relative to the surface. For Tc in the coverage range of slightly more than two monolayers the beta-phase and its transition into the alpha-phase was presented. Experiments in the coverage range of one monolayer and beneath were done at sample temperatures of 77 K and 28 K using liquid nitrogen respectively liquid helium as cooling liquid. For measurements at a sample temperature of 77 K the results known from literature concerning the repulsive interaction of the Tc molecules have been confirmed. Specifically, the lateral repulsion leads to a disordered phase for coverages less than a monolayer which can be converted into the alpha-phase by adding material. By experiments at a sample temperature of 28 K two further low temperature phases could be detected. They are formed upon cooling slightly below 77 K and therefore could not be seen during the previous measurements at liquid nitrogen temperature. One of the phases could be identified as the gamma-phase which was described in the literature using STM data. The temperature dependence of the individual phases was investigated by performing fast sequences of linescans through selected diffraction spots of the corresponding phases while cooling down the sample. From the obtained data a well resolved phase diagram of Tc/Ag(111) was established., In der vorliegenden Dissertation wurden das Wachstum und die thermische Entwicklung der organischen Moleküle 1,4,5,8-Naphthalin-Tetracarbonsäure-Dianhydrid (NTCDA) und Tetracen (Tc) auf einer Ag(111)-Oberfläche im Bereich ultradünner Schichten untersucht. Die Präparation der Schichten erfolgte dafür durch Molekularstrahlepitaxie aus thermischen Verdampfern unter Ultrahochvakuumbedingungen. Als Methoden wurden die Infrarotabsorptionsspektroskopie (IRAS), die Beugung niederenergetischer Elektronen (SPA-LEED) und die Temperatur-programmierte Desorption (TPD) verwendet. Für NTCDA wurde im Bereich einer Monolage der Übergang zwischen der dicht gepackten sogenannten komprimierten Monolage, die 1,0 Monolagen entspricht, und der weniger dicht gepackten relaxierten Monolage untersucht, die einer Bedeckung von 0,9 Monolagen entspricht. Der Übergang erfolgt im Bereich von 350~K bis 400~K. In beiden Monolagen sind die Moleküle parallel zur Oberfläche orientiert. Durch Postdeposition weiteren Materials auf die relaxierte Monolage konnte eine weitere Monolagenphase präpariert werden, bei der die Moleküle aufrecht auf der Oberfläche stehen. Im Bereich der Submonolage wurde eine weitere geordnete Struktur entdeckt, die aus der relaxierten Monolage durch die Verschiebung ganzer Molekülreihen hervorgeht. Für Bedeckungen zwischen ein und zwei Monolagen wurde eine metastabile und ebenfalls parallele Bilage beobachtet, die weitgehend vom Metall entkoppelt ist. Überschreitet die Bedeckung eine Menge von zwei Monolagen, kommt es nicht zur Bildung der Bilage, sondern es entsteht direkt eine Multilagenphase. Bei der Untersuchung von Schichten zwischen zwei und 20 Monolagen wurden abhängig von der Bedeckung und Probentemperatur während der Deposition zwei verschiedene Multilagenphasen nachgewiesen. Die Anordnung der Moleküle untereinander entspricht dabei in beiden Fällen der im NTCDA-Festkörper, die Orientierung relativ zur Oberfläche unterscheidet sich jedoch. Für Tc wurden bei Bedeckungen von etwas über zwei Monolagen die beta-Phase und deren Übergang in die alpha-Phase per IRAS und im SPA-LEED abgebildet. Experimente im Bereich einer Monolage und darunter wurden unter Verwendung von flüssigem Stickstoff beziehungsweise flüssigem Helium als Kühlmittel sowohl bei einer Probentemperatur von 77 K als auch von 28 K durchgeführt. Für Messungen bei 77 K konnten die aus der Literatur bekannten Erkenntnisse bestätigt werden, dass unterhalb einer Monolage durch die repulsive Wechselwirkung der Moleküle untereinander eine ungeordnete Phase vorliegt, die durch Hinzufügen weiteren Materials in die alpha-Phase überführt werden kann. Durch Messungen bei 28 K konnten für Bedeckungen unterhalb einer Monolage zwei weitere Tieftemperaturphasen nachgewiesen werden. Diese werden beim Abkühlen der Probe bei etwas unterhalb von 77 K gebildet und konnten daher bei bisherigen Messungen bei Stickstoffkühlung nicht beobachtet werden. Eine davon ließ sich der schon in der Literatur per Rastertunnelmikroskopie nachgewiesenen gamma-Phase zuordnen. Zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Entstehung der einzelnen Phasen wurden während des Abkühlens in rascher Wiederholung Schnitte durch jeweils einen ausgewählten Beugungsreflex im SPA-LEED gelegt. Aus den gewonnenen Daten wurde ein gut aufgelöstes Phasendiagramm für Tc/Ag(111) erstellt.
- Published
- 2014