Conjugated organic molecules on alkali metal modified surfaces: Electronic and geometric structure

In dieser Diplomarbeit wurden die elektronische und geometrische Struktur von mit Cäsium n-dotierten organischen Molekülschichten untersucht. Als Modell-Moleküle für Polymere dienten Sexiphenyl (6P), Pentaphenyl (5P) und Pentacen (5A). Ziel war die Untersuchung des Einflusses von Cs auf die Orientierung und Ausrichtung geordneter Molekülschichten, sowie auf die Modifikationen der elektron. Bandstruktur. Dazu wurde Cs als Substrat in Form von dicken, metallischen Schichten und als Cu(110)-Cs Rekonstruktion verwendet, bzw. wurde Cs auf molekulare Schichten aufgedampft. Die Probe wurde jeweils mit PES (ARUPS, XPS), NEXAFS und LEED in UHV untersucht.Die Veränderungen der elektronischen und geometrischen Struktur n-dotierter organischer Moleküle können mit dem Auftreten von Dotierzuständen (Polaron, Bipolaron, wechselwirkende Bipolaronen) in der Bandlücke assoziiert werden. Um den max. möglichen Dotierzustand zu ermitteln wurden molekulare Schichten auf metallisches Cs aufgedampft. 5P und 6P zeigten wechselwirkende Bipolaronen in der Monolage. Durch Erhöhung der Schichtdicken reduzierte sich der Dotiergrad zu Bipolaronen, anschließend verringerte sich die Intensität der Bipolaron-Emissionen. Auf reinem Cu(110) liegen 6P Moleküle in der Monolage flach auf dem Substrat, was zur Hybridisierung des LUMO mit Cu-Zuständen und zu Ladungstransfer zum LUMO führt. Durch adsorbiertes Cs werden die Moleküle zuerst vom Substrat entkoppelt, anschließend treten Dotierzustände auf, welche eine unterschiedliche Impulsraum-Verteilung als das hybridisierte LUMO aufweisen. Auf Cu(1x2)-Cs und Cu(1x3)-Cs rekonstruierten Substraten wachsen 6P und 5P geordnet, ausgerichtet entlang der CuCs Reihen und gedreht (stehend auf Längskante). Im Gegensatz dazu wächst 5A zwar geordnet und gedreht, aber in keiner bestimmt Ausrichtung. Hier konnten keine Dotierzustände beobachtet werden.Die Ausrichtung von geordnetem 6P auf Cu(2x1)-O entlang der CuO-Reihen wird durch die Adsorption von Cs verändert.In this thesis investigations on the electronic and geometric structure of organic thin films upon n-doping with cesium are presented. As model molecules for polymers Sexiphenyl (6P), Pentaphenyl (5P) and Pentacene (5A) were studied. The two aims were to determine how the presence of Cs influences the orientation and alignment of ordered molecular layers and the modifications in the electronic band structure. For this purpose Cs was used as substrate in form of thick metallic layers and Cu(110)-Cs reconstructed substrates, and as adsorbate on top of molecular layers. The different film systems were probed with PES (ARUPS, XPS), NEXAFS and LEED in UHV. The changes in the electronic and geometric structure of n-doped organic molecules can be described with the formation of doping states (Polaron, Bipolaron and Interacting Bipolarons) in the band gap. In order to find the maximum doping level molecular layers with increasing thickness were put onto metallic cesium. Both 5P and 6P revealed doping of interacting bipolaron level at molecular monolayers. By successive increase of the molecular layer thickness first the doping level reduced to bipolaron level, then the intensity of the doping state emission in UPS decreased and finally vanished. This suggests a too low Cs/molecule ratio to induce maximum doping followed by a burying of the doped molecular layer. The molecules in a 6P monolayer on Cu(110) are flat on the substrate which leads to the hybridisation with Cu states and backdonation of the LUMO. Upon Cs deposition the molecules decouple from the surface. Further adding of Cs leads to the formation of doping states in the band gap region which have a different momentum space distribution than the hybridised LUMO.On reconstructed Cu(1x2)-Cs and Cu(1x3)-Cs substrates 6P and 5P grow aligned and tilted (nearly edge on) in contrast to growth on clean Cu(110). 5A on Cu(1x2)-Cs is not aligned but also tilted. No doping states could be observed.Eva Maria ReinischAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersGraz, Univ., Dipl.-Arb., 2010(VLID)21300