Elektronische Eigenschaften von Grenzflächen für die organische Spintronik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens erfolgte eine umfassende experimentelle Bestimmung der elektronischen Eigenschaften von Grenzflächen zwischen organischen Halbleitern und metallischen Systemen mit hoher Spinpolarisation der Leitungselektronen. Hierzu wurden die komplementären spektroskopischen Methoden, die Photoelektronenspektroskopie (PES) und die Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) eingesetzt. Die Materialien, die wir für die Grenzflächenuntersuchungen auf der Seite der organischen Halbleiter verwendet haben, waren auf der einen Seite a-6T, Rubren und Pentazen sowie die Familie der Übergangsmetall-Phthalocyanine mit MnPc, FePc, CoPc sowie CuPc, wobei hierbei auch CuPcF4 als fluoriniertes Kupfer(II)- Phthalocyaninen herangezogen wurde. Als spinpolarisierte Kontaktmaterialien wurden die elementaren Ferromagnete Co und Fe sowie dünne Filme des Übergangsmetalloxids La0.7Sr0.3MnO3 verwendet. Als Kontakte, bei denen die Leitungselektronen keine Spinpolarisation aufweisen, wurden Au, Ag und Pd herangezogen. In einem ersten Arbeitspunkt, der Untersuchung von Grenzflächen mit Relevanz für Spintronik-Bauelemente unter Verwendung von Substraten mit spinpolarisierten Leitungselektronen, konnten wir u.a. die Bedeutung des Reinigungsverfahrens der Kontaktoberflächen auf die elektronischen Grenzflächenparameter anwendungsrelevanter Grenzflächen und daraus folgend auf die Kennlinien organischer Halbleiterbauelemente aufzeigen. Für das Aufdampfen dünner Filme von Co und Fe auf den organischen Halbleiter CuPc konnte keine Interdiffusion in den organischen Halbleiter nachgewiesen werden. Aber auch im zweiten Arbeitspunkt, welcher sich mit Grenzflächen unter Verwendung von Kontaktmaterialien ohne Spinpolarisation war es uns möglich, die Bedeutung des Kontaktreinigungsverfahrens auf die Grenzflächeneigenschaften zu demonstrieren. Ein dritter Punkt unseres Forschungsvorhabens beschäftigte sich mit sich mit den elektronischen Eigenschaften von Grenzflächen und dünnen Filmen aus organischen Materialien, die selbst ein magnetisches Moment besitzen. Zur Klärung der Frage,, ob Moleküle mit einem unterschiedlichen endlichen Spin in ihren Grenzflächeneigenschaften variieren wurden Moleküle der Familie der Übergangsmetall-Phthalocyanine, die bezüglich ihrer pi-Elektronensysteme äquivalent sind, sich aber in ihrem Molekülspin aufgrund unterschiedlicher Zentralionen unterscheiden, zunächst die Elektrodenmaterialien ohne Spinpolarisation der Leitungselektronen aufgebracht, und ihre Grenzflächeneigenschaften wurden systematisch verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass das Energy Level Alignment abhängig ist vom Übergangsmetall- Ion innerhalb des Phthalocyanin-Moleküls. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass die PES geeignet ist die elektronischen und magnetischen Eigenschaften für den Fall einer unterschiedlich starken magnetischen Superexchange-Kopplung in mutli-metallischen magnetischen Molekülen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Consistent experimental determination of the charge neutrality level and the pillow effect at metal/organic interfaces, Appl. Phys. Lett. 91, 244103 (2007)
O.V. Molodtsova, M. Grobosch, M. Knupfer and V.Yu. Aristov
- Energy level alignment and interface states at a-sexithiophene/Ag interfaces, Organic Electronics 8, 625 (2007)
M. Grobosch and M. Knupfer
- Energy level alignment and injection barriers at spin injection contacts between La0.7Sr0.3MnO3 and organic semiconductors, Appl. Phys. Lett. 92, 023302 (2008)
M. Grobosch, K. Dörr, R.B. Gangineni and M. Knupfer
- Energy level alignment and interactions at contacts for spin injection into organic semiconductors, Special issue on "Materials for Information Technology" Adv. Eng. Mater. 11, 285 (2009)
M. Grobosch, K. Dörr, R.B. Gangineni and M. Knupfer
- Engineering of the energy level alignment at organic semiconductor interfaces by intramolecular degrees of freedom: transition metal phthalocyanines, J. Phys. Chem. C 113, 13219 (2009)
M. Grobosch, V.Yu. Aristov, O.V. Molodtsova, C. Schmidt, B.P. Doyle, S. Nannarone and M. Knupfer
- Ferromagnetic cobalt and iron top contacts on an organic semiconductor: evidence for a reacted interface, Organic Electronics 10, 8 (2009)
V.Yu. Aristov, O.V. Molodtsova, Yu.A. Ossipyan, B.P. Doyle, S. Nannarone and M. Knupfer
