Orbital tomographic investigations of organic molecular films and their interfaces

In dieser Arbeit präsentiere ich eine Untersuchung an ultradünnen Filmen der thermisch verdampften organischen Moleküle Pentacen (5A), Sexiphenyl, Pentaphenyl und PTCDA, von Submonolagen zu Bilagen auf Cu(110) und Ag(110) Substraten im Ultrahochvakuum. Hauptsächlich angewandt wurde dabei eine Methode welche als “Orbital Tomografie” bezeichnet wird. Dabei wird die Verteilung der Fotoelektronen im gesamten Impulsraum mittels Winkelaufgelöster Ultraviolett Fotoelektronenspektroskopie gemessen und mit Simulationen verglichen. Diesen liegt Fermis Goldene Regel zugrunde, wobei der Endzustand des Fotoelektrons als ebene Welle angenommen wurde wodurch sich die Auswertung auf die Berechnung der Fourier Transformierten (FT) des Anfangszustandes, d.h. des jeweiligen Molekülorbitals, reduziert. Diese Methode erlaubte es die Grenzschicht zwischen organischen Material und inorganischen Substrat, Heterostrukturen sowie das Verhalten unter Zugabe des Alkali Metalls Cesium (Cs) zu studieren. Heterostrukturen wurden zwischen jeweils zwei Molekülspezien gewachsen wobei eine Monolage eines Materials auf eine bestehende Monolage aufgedampft wurde. Oft verdrängte die zusätzlich aufgebrachte Monolage die bestehende Grenzschicht und die Molekül-Substrat Bindungsstärke pro Flächeneinheit wurde als der dafür entscheidende Faktor bestimmt. Alle Systeme welche Cs ausgesetzt wurden zeigten Ladungstransfer von Cs zu den Molekülen wobei der Ablauf jedoch für die Molekülspezies spezifisch ist was auf die unterschiedlichen Elektronen Affinitäten zurückgeführt wurde. Für die 5A Monolage auf Ag(110) konnten die Molekülorbitale mittels der experimentellen Daten rekonstruiert werden, in guter Übereinstimmung mit Simulationen für das isolierte Molekül was für die 5A Monolage auf Cu(110), aufgrund einer Substrat induzierten Dispersion, nicht möglich ist. Es konnte jedoch gezeigt werden das die FT des ausgedehnten 2 dimensionalen Systems verwendet werden können.Here an orbital tomography study of organic semiconductor ultrathin films is presented. The aim of the work is not only to gain understanding of the geometric and electronic structure of organic films and their interfaces but also valence band photoemission in general. Orbital tomography (OT) takes a holistic view of the photoemission distribution from the orbitals assuming a simple plane wave approximation for the final state. The angle resolved ultraviolet photoelectron spectroscopy (ARUPS) is thus essentially the momentum space view of the initial state orbitals. The investigations concerned the molecules pentacene (5A), sexiphenyl, pentaphenyl and PTCDA in pristine films, heterostructures and on Cs doping.The power of OT to yield both, geometric and electronic information is perhaps best demonstrated here by the recovery of the real space orbitals of 5A adsorbed on Ag(110) in agreement with the theoretical orbitals of the isolated molecule. In contrast for 5A on Cu(110) substrate induced intermolecular dispersion means the isolated molecules orbitals are no longer appropriate, nevertheless, it is shown that the extended 2-dimensional systems wavefunctions can be applied in an analogous manner to understand the observed ARUPS. Moreover, for the first time, OT is shown to reveal a significant real space modification of a molecular orbital on hybridization.The ability of OT to definitively identify orbital emissions is very useful for mixed structures. For instance it allowed layer inversion to be observed for a number of heterostructure systems. The displacement of one molecule by another at the interface is argued to be governed by the relative molecule substrate bond strength per unit area rather than by the total bond strength of the molecule to the substrate. When exposed to Cs all systems revealed charge transfer from Cs to the molecule however the way this proceeds is different and was concluded to depend on the electron affinity of the respective molecule.submitted by Thomas UlesZsfassung in dt. und engl. SpracheGraz, Univ., Diss., 2015OeBB(VLID)36177