Hybridisierung von organischen Molekülen mit Metallsubstraten in Gegenwart von Oberflächenpassivierungsschichten

• Antragsteller: Professor Dr. Torsten Fritz; Professor Dr. Jörg Kröger
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327143884

Flachliegende aromatische Moleküle auf Metallsubstraten neigen dazu, elektronisch an das Metall zu koppeln, d.h. es kommt zu einer Hybridisierung der Metall- und Molekülzustände. Sowohl für die Grundlagenforschung als auch aus Anwendersicht ist eine Kontrolle der Kopplung / der Entkopplung wünschenswert, da sich darüber wesentliche Eigenschaften der Grenzfläche definieren. Bisherige Forschungsarbeiten in der Literatur zielen vorwiegend darauf ab, die Bindungsstärke, etwa mit TDS, zu messen und die Adsorption als chemisorbiert oder physisorbiert zu kennzeichnen. Das vorgeschlagene Projekt dagegen soll diese bisherige binäre Kategorisierung überwinden. Tatsächlich wollen wir gar keine integralen Bindungsstärken messen, sondern im Detail untersuchen, welchen Einfluss die Hybridisierung auf die einzelnen elektronischen Zustände des molekularen Adsorbats hat, wobei wir sowohl besetzte als auch unbesetzte Zustände in die Untersuchung einbeziehen wollen. Dies wird durch die Auswahl komplementärer Untersuchungsmethoden (EELS, IETS, STS, ARUPS) möglich. Während es theoretisch bekannt ist, dass einzelne Zustände unterschiedlich mit dem Substrat wechselwirken (siehe: charge back donation Konzept), fehlen detaillierte experimentelle Untersuchungen hierzu. Von besonderem Interesse ist die Untersuchung des Einflusses der Hybridisierung der Zustände auf elektronische Übergänge, die mittels Differential Reflectance Spectroscopy (DRS) erfolgen soll: bisherige Arbeiten (FSU Jena) haben gezeigt, dass sich auf unterschiedlichen Substraten je nach Art der Wechselwirkung stark unterschiedlich verbreiterte Absorptionsspektren der ersten Monolage organischer Moleküle ausbilden, die von monomerartig (ähnlich Lösungsmittelspektren) bis hin zu stark verbreitert und strukturlos reichen. Der Vergleich der Absorptionsspektren eines Moleküls auf unterschiedlichen Oberflächen wird dabei möglich durch die Extraktion der komplexen dielektrischen Funktion aus den DRS Daten. Durch die Einbeziehung ausgewählter Modellmoleküle wollen wir versuchen, verallgemeinerbare Regeln für die Hybridisierung von Molekülzuständen auf Metallen abzuleiten. Experimentell wollen wir den Grad der Hybridisierung weiterhin durch verschiedene Passivierungsschichten variieren, wobei wir uns auf Graphen und hexagonales Bornitrid (h-BN) konzentrieren wollen. Weiterhin wollen wir die Entkopplung der molekularen aromatischen Chromophore von Oberflächen durch Phenylgruppen als "Abstandshalter" untersuchen, wobei wir unser Hauptaugenmerk auf das Molekül Dibenzotetraphenylperiflanthen (DBP) lenken wollen, welches sich u.a. als vielversprechendes Material für organische Solarzellen (OPVD) und organische Leuchtdioden (OLEDs) herausgestellt hat.Ein weiteres, risikoreicheres Forschungsziel unseres vorgeschlagenen Projektes besteht darin, insbesondere durch Analyse der Form und Verbreiterung der optischen Spektren ein quantitatives Maß (figure-of-merit) für den Grad der Hybridisierung abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortlich: Dr. Roman Forker
• Kooperationspartner: Professor Oliver T. Hofmann, Ph.D.; Professor Dr. Egbert Zojer