Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskop im Ultrahochvakuum
Final Report Abstract
Das Tieftemperatur-Ultrahochvakuum Rastersondenmikroskop wurde genutzt, um organische Moleküle auf Oberflächen abzubilden. Ziel war die Erforschung der chemischen Reaktionspfade von Molekülen auf Oberflächen, um die mikroskopischen Grundlagen der „on-surface chemistry“ besser zu verstehen. Dazu wurden diverse organische Moleküle innerhalb der UHV-Kammer auf Metalloberflächen sublimiert und mit dem Rastersondenmikroskop bei 5K abgebildet. Im Rahmen des GRK 2204 „Substitutionsmaterialien für nachhaltige Energietechnologien“ sollen u.a. Kohlenstoffmaterialien untersucht werden, die als Ersatz für konventionelle Halbleitertechnologien in Frage kommen. Als kleinsten Baustein für Graphenelemente bzw. Graphen-Nanoribbons haben wir zuerst Triphenylen (TP) untersucht, in Bezug auf sein Sub- Monolagenwachstum auf Kupfer und Goldoberflächen. Im nächsten Schritt wurden einfach-bromierte TPs auf Cu(111) aufgebracht, um den Prozess der Ullmann-Kopplung von zwei Br-TPs zu einem BiTP im Detail zu untersuchen. Von besonderem Interesse war dabei der intermediäre, metallorganische Zustand von zwei TPs, die dann über ein Cu-Atom gekoppelt sind. Um zweifelsfrei diesen Zustand, bzw. auch den Endzustand von BiTP mit Kohlenstoffbindung nachweisen zu können, haben wir die Technik des ‚chemical bond imaging‘ genutzt. Dazu wurden CO-Moleküle auf der Metalloberfläche adsorbiert und dann ein einzelnes CO mit der Rastersondenspitze aufgelesen. Die so funktionalisierte Sondenspitze erlaubte die Abbildung der TPs mit atomarer Auflösung, d.h. die einzelnen Bindungen innerhalb des Moleküls konnten sichtbar gemacht werden. Durch sukzessives Aufheizen der Br-TPs konnte jeder einzelne Reaktionsschritt der Ullmann-Kopplung abgebildet werden. Im Abgleich mit ab-initio Simulationen konnte zudem die genaue Geometrie des intermediären Zustands entschlüsselt werden. Weitere Projekte haben sich mit der Abbildung von weiteren organischen Molekülen beschäftigt, die auch im ‚chemical bond imaging‘ Modus durchgeführt wurden. So konnte die Wachstumsstruktur des Diamantoids „Tetramantan“ auf Au und Cu dargestellt werden, welches ein reines van der Waals Kräfte Modellsystem ist, sowie die Bindungs- und Selbstordnungsmechanismen von DATP auf Kupferoberflächen.
Publications
- "London Dispersion directs On-Surface Self-Assembly of [121] Tetramantane Molecules", ACS Nano 11 (2017) 9459
D. Ebeling, M. Sekutor, M. Stiefermann, J. Tschakert, J.E.P. Dahl, R.M.K. Carlson, A. Schirmeisen, P.R. Schreiner
(See online at https://doi.org/10.1021/acsnano.7b05204) - "Subsurface-Controlled Angular Rotation: Triphenylene Molecules on Au(111) Substrates", Journal Physical Chemistry C 120 (2016) 1615
S. Zint, D. Ebeling, S. Ahles, H. A. Wegner and A. Schirmeisen
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b10602) - "Chemical bond imaging using higher eigenmodes of tuning fork sensors in atomic force microscopy", Applied Physics Letters 110 (2017) 183102
D. Ebeling, Q. Zhong, S. Ahles, L. Chi, H. Wegner, A. Schirmeisen
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4982801) - "Imaging Successive Intermediate States of the On-Surface Ullmann Reaction on Cu(111): Role of the Metal Coordination", ACS Nano 11 (2017) 4183
S. Zint, D. Ebeling, T. Schlöder, S. Ahles, D. Mollenhauer, H. Wegner, A. Schirmeisen
(See online at https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01109)
