Homogene Molekülschichten
Homogen und doch polymorph
Die Präparation ist einfach: Man nehme eine saubere Metall-Oberfläche und dampfe hierauf dann ein organisches Molekül auf. Das Ergebnis dieser einfachen Vorgehensweise ist aber meist sehr komplex: Statt einer definierten Struktur findet man meist einen ganzen Zoo verschiedener Strukturen. Dies nennt man in der Kristallogie Polymorphismus.
Spannend ab der ersten Lage
3,4,9,10 Perylen-Tetrakarbonsäurce-Dianhydrid (PTCDA) auf einer (111) orientierten Kupferoberfläche1 ist ein gutes Beispiel dafür: In der ersten Lage auf dem Substrat bildet PTCDA mindestens zwei verschiedene Phasen aus. Beide lassen sich durch eine einfache Einheitszelle beschreiben, die sich durch zwei um etwa 90° gedrehte Moleküle darstellen lässt. Die Anordnung der Molekül innerhalb der Einheitszelle ist auf Grund der starken Partialladungen innerhalb des PTCDA-Moleküls zu verstehen. Diese so genannte herringbone Struktur ist auch aus den PTCDA Festkörpern bekannt. Sie unterscheidet sich aber in ihrer Geometrie (Größe, ...) geringfügig von diesen, da gerade die erste Lage Adsorbate stark von der Substrat-Adsorbat-Wechselwirkung bestimmt wird.
Nano-Kristallite mit neuen Strukturen
Zwischen den Atomen des Substrates und den Adsorbaten in dritter oder höherer Lage gibt es eigentlich keine direkte Wechselwirkung mehr. Man sollte daher annehmen, dass dicke Schichten (mit einigen 10 bis 100 Lagen) nicht mehr vom Substrat beeinflusst werden, sondern die Strukturen dieser Schichten denen des makroskopischen.
Mit dem Rastertunnelmikroskop haben wir verschiedene PTCDA-Nano-Kristallite auf Cu(110), Cu(111), Ag(111) und Au(111)2 abgebildet. Dabei wurden Kristallite mit einer Größe im Bereich von einigen 100 nm untersucht. Es gelang sogar auf einem 100 Lagen hohen Kristalliten noch molekulare Auflösung sowohl auf der obersten Lage als auch auf den Facetten zu erzielen. Dies ist unter Anderem nur möglich gewesen, da das verwendete Rastertunnelmikroskop zur Abbildung nur einen Strom von etwa 1 pA benötigt.
Die hohe Qualität der Bilder ist dabei mehr als ausreichend, um hieraus die dreidimensionale Struktur der Kristallite zu bestimmen. Ein Ergebnis ist, dass nicht alle Kristallite der Festkörperstruktur des PTCDAs entsprechen.
Veröffentlichungen aus dem Projekt
1"The initial growth of PTCDA on Cu(111) studied by STM",
Th. Wagner, A. Bannani, C. Bobisch, H. Karacuban, R. Möller,
J. Phys.: Condens. Matter 19 (2007) 056009
2"Growth of 3,4,9,10-perylene-tetra-carboxylic-dianhydride crystallites on noble metal surfaces",
Th. Wagner, A. Bannani, C. Bobisch, H. Karacuban, M. Stöhr, M. Gabriel, and R. Möller,
Organic Electronics 5, 35-43 (2004)