Scanning probe microscopy studies of the deposition of molecular magnets onto surfaces

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Deposition molekularer Magnete auf Oberflächen. Neben der Präsentation und Diskussion eigener experimenteller Ergebnisse, die mittels Rastertunnelmikroskopie im Konstantstrommodus und dynamischer Rasterkraftmikroskopie im frequenzmodulierten Modus und im TappingModeTM gewonnen worden sind, enthält die Arbeit unter anderem auch ein Kapitel, in welchem andere als die für die Probenpräparation gewählten Möglichkeiten zur Deposition molekularer Magnete auf Oberflächen zusammengestellt sind. Da diese Präparationsalternativen für das Aufbringen der molekularen Magnete, die für die Experimente zur Verfügung gestanden hatten, nicht anwendbar waren, und da man auf die Verwendung thermischer Depositionstechniken, wie zum Beispiel der Molekularstrahldeposition (MBD), verzichten musste, weil diese Verfahren die aufzubringenden Moleküle zerstört hätten, wurden die Moleküle, deren Adsorption auf Oberflächen man herbeiführen wollte, in geeigneten Lösungsmitteln gelöst und aus Lösung auf die ausgewählten Substrate aufgebracht. Für die Deposition von Mo72Fe30 auf HOPG(0001) bot es sich an, die molekularen Magnete in Milli-Q-Wasser zu lösen und die Präparationslösung unter Umgebungsbedingung auf das Substrat zu tropfen. Für unterschiedliche Konzentrationen der Lösungen konnten nach dem Eintrocknen des Lösungsmittels interessante Modifikationen der Graphitoberfläche beobachtet werden, die im Falle niedriger Konzentrationen anhand eines auf geometrischen Betrachtungen von Molekül und Oberfläche beruhenden Erklärungsmodells verstanden werden können. Die Deposition von Galvinoxyl auf den Isolatoroberflächen KBr(100) und CaF2(111) erfolgte mittels eines Magnetventils, welches im Pulsbetrieb geöffnet und geschlossen werden kann, im Ultrahochvakuum (UHV). Das verwendete Lösungsmittel war Ethanol. Weil dieser Alkohol Kaliumbromidoberflächen, wie in der vorliegenden Arbeit ausführlich beschrieben, nachhaltig schädigt, musste die Interpretation der Ergebnisse zur Pulsinjektion von Galvinoxyl auf KBr(100) unter Berücksichtigung des ethanolinduzierten Lösungsätzens der Alkalihalogenidoberfläche erfolgen. Demnach stellen die durch das Lösungsmittel hervorgerufenen monoatomar tiefen Ätzlöcher in der Oberfläche bevorzugte Adsorptionsplätze für die molekularen Magnete dar, weswegen sich nur im Bereich dieser Vertiefungen und an Stufenkanten des Substrats Galvinoxylmoleküle rastersondenmikroskopisch nachweisen ließen. This thesis deals with the deposition of molecular magnets onto surfaces. Experimental results obtained by means of scanning tunneling microscopy in constant current mode and dynamic force microscopy in frequency modulation mode and TappingModeTM are presented and discussed. In addition, a review of sample preparation techniques different from those which have been used for our own experiments is provided. As those alternatives could not be used for the deposition of the molecular magnets which were at our disposal for the experiments, and as thermal deposition techniques, e. g. molecular beam deposition (MBD), were not applicable because such methods would have caused molecular decomposition, the molecules to be deposited were dissolved in suitable solvents and put onto the chosen substrates from solution. For the deposition of Mo72Fe30 onto HOPG(0001) it was possible to dissolve the molecular magnets in Milli-Q water and to drop the solution onto the substrate under ambient conditions. After the solvent had evaporated interesting modifications of the graphite surface could be observed for different concentrations of the solution. The results obtained for low concentrations are explained by a model which is based on the correspondence of molecular geometry with surface geometry. The deposition of galvinoxyl onto the insulating surfaces KBr(100) and CaF2(111) was carried out under ultrahigh vacuum (UHV) conditions by means of a magnetic valve which can be opened and closed in pulse operation. Ethanol was used as a solvent. As described in detail in the thesis, this alcohol has a very damaging impact on surfaces of potassium bromide single crystals. Therefore in the interpretation of the results on the pulse injection of galvinoxyl onto KBr(100), the solution etching induced by ethanol has to be taken into consideration. Monatomic deep holes which have been etched into the surface by the solvent represent preferential adsorption sites for the molecular magnets so that in scanning probe microscopy studies galvinoxyl molecules could only be found in the etched pits and at the steps of the substrate.