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Investigating the interaction between π-conjugated organic molecules and metal surfaces with photoemission tomography = Untersuchung der Wechselwirkung zwischen π-konjugierten organischen Molekülen und Metalloberflächen mit Photoemissionstomographie
2021
Dissertation, RWTH Aachen University, 2021
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak01
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-09-03
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-08602
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/825919/files/825919.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Metalloberfläche (frei) ; Molekül (frei) ; Photoelektronenspektroskopie (frei) ; Tomographie (frei) ; electronic properties (frei) ; elektronische Eigenschaften (frei) ; metal surface (frei) ; molecule (frei) ; photoelectron spectroscopy (frei) ; tomography (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
Kurzfassung
Photoemissionstomographie (PT) ist eine kombinierte experimentelle und theoretische Technik, die auf Molekül-Metall-Grenzflächen angewandt wird. Dabei wird winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie über einen weiten Winkelbereich verwendet, während die Photoelektronen-Winkelverteilungen im reziproken Raum (Impulskarten oder k-Karten genannt) in Bezug auf die Molekülorbitalstruktur des Anfangszustands interpretiert werden. Diese Arbeit nutzt PT, um verschiedene Aspekte der Wechselwirkung zwischen π-konjugierten organischen molekularen Adsorbaten und Metalloberflächen zu untersuchen: PT wurde erfolgreich eingesetzt, um die genauen Produkte chemischer Reaktionen an Oberflächen und deren lokale Bindung zu identifizieren. Die gemessenen k-Karten bestätigen eine Modifikation der Orbitalstruktur von Dibromo-bianthracen auf Cu(110) in der thermischen Reaktion und das vollständig hydrierte Bisanthen erweist sich als das richtige Zwischenprodukt. Zur Entkopplung molekularer Adsorbate von dem Metallsubstrat wurde PT eingesetzt, um zu messen, ob Ladung durch die Grenzfläche übertragen wird. An der Cu(100)-Oberfläche adsorbierter Sauerstoff immobilisiert die Oberflächenelektronen in den kovalenten Cu–O Bindungen, wodurch eine elektronische und physikalische Entkopplung von Perylentetracarbonsäuredianhydrid erreicht wird. Dies wurde durch kombinierte Ergebnisse aus PT und senkrecht einfallenden stehenden Röntgenwellen bewiesen. Ein besonderes Beispiel für eine elektronisch inhomogene einkomponentige Moleküllage auf einer Metalloberfläche ist die gesättigte Schicht von Tetracen auf Ag(110). Mithilfe von PT wurden zwei Peaks des höchsten besetzten Molekülorbitals in den Photoemissionsspektren gefunden, was darauf hindeutet, dass zwei molekulare Spezies in der Tetracenschicht koexistieren. Dabei verbleibt ein Molekül neutral und ein anderes wird geladen. Außerdem wurde PT angewandt, um Photoelektronen-Winkelverteilungen von hochhybridisierten Molekül-Metall-Systemen, wie einzelne Lagen aus p-Sexiphenyl, p-Pentaphenyl und Pentacen auf Cu(110) bzw. Ag(110), zu untersuchen. In den gemessenen k-Karten des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals, hat PT die Streuung von entweder Shockley-Oberflächenzuständen oder der Zustände um die projizierte Volumenbandlücke identifiziert. Die Streuvektoren können direkt auf die reziproken Gittervektoren der Überschichtstruktur bezogen werden.Photoemission tomography (PT) is a combined experimental and theoretical technique applied to molecule–metal interfaces which uses angle-resolved photoemission spectroscopy over a wide angular range, while the photoelectron angular distributions in reciprocal space (momentum maps, or called k-maps) are interpreted in terms of the molecular orbital structure of the initial state. This thesis uses PT to investigate various aspects of the interaction between π-conjugated organic molecular adsorbates and metal surfaces: PT was successfully used to identify the exact products of chemical reactions at surfaces and their local bonding. The measured k-maps confirm a modification of the orbital structure of dibromo-bianthracene on Cu(110) in the thermal reaction and the fully hydrogenated bisanthene is found to be the correct reaction intermediate. To decouple molecular adsorbates from the metal substrate, PT was employed to gauge whether charge is transferred through the interface. Oxygen adsorbed on the Cu(100) surface immobilizes the surface electrons in the Cu–O covalent bonds, thus achieving electronic and physical decoupling of perylene-tetracarboxylic-dianhydride as determined by combined results of PT and normal incidence X-ray standing waves. A special example of an electronically inhomogeneous unary molecular layer on a metal surface is showcased in the saturated monolayer of tetracene on Ag(110). With the help of PT, two highest occupied molecular orbital peaks in the photoemission spectra were found, indicating that two molecular species coexist in the tetracene layer. While one molecule remains neutral, another is charged. Finally, we applied PT to study photoelectron angular distributions for highly-hybridized molecule–metal systems, monolayers of p-sexiphenyl, p-quinquephenyl, and pentacene on Cu(110) and on Ag(110), respectively. In k-maps measured for the lowest unoccupied molecular orbital , PT has identified the scattering of either the Shockley surface states or the states around the projected bulk band gap. The scattering vectors can be directly related to reciprocal lattice vectors of the overlayer structure.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT021075768
Interne Identnummern
RWTH-2021-08602
Datensatz-ID: 825919
Beteiligte Länder
Germany
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