dc.contributor.author
Schulze, Gunnar
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:53:06Z
dc.date.available
2010-04-19T11:42:42.899Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1719
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5921
dc.description.abstract
Using scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS), we
investigate fundamental aspects of organic molecules adsorbed on metal
surfaces. We address three different topics: thermal effects in C60 molecules
heated by tunneling electron currents, the isomerization behavior of photo-
switching molecules on metal surfaces and the transport behavior through
single molecular wires that are fixed between two metal electrodes (STM tip
and sample). C60 molecules placed inside an STM tunneling junction exhibit a
vibrational heating induced by inelastically scattering tunnel electrons. We
observe that the molecules’ icosahedral cages undergo a thermally induced
irreversible degradation when the applied currents are raised to the µA range.
The power needed for decomposition shows a dependence on the applied bias
voltage. In comparison with transport calculations, we find that heating by
resonantly tunneling electrons accounts most for the temperature increase
while vibron assisted tunneling through resonances and the creation of
electron-hole (e-h) pairs at the molecule-metal interface are the most
important cooling mechanisms. Comparing the decomposition powers on three
different substrates, Cu(110), Pb(111) and Au(111), we find that the
contributions of e-h pair creation to the overall thermal stability of the
fullerene depend on the energetic alignment of the LUMO resonance, and
increases with the amount of charge transfer to the molecule.
1,3,3-Trimethylindolino-6-nitrobenzopyrylospiran (SP) is a photo-switching
molecule that forms ordered islands on Au(111) and Bi(110) at temperatures
below 270 K. Above 300 K, the molecules are found to undergo a thermal
reaction into their isomer merocyanine (MC). Unlike in the case of free
molecules, where SP is known to be the most stable isomer, the MC molecules
are found to be more stable on the two investigated surfaces. This is due to a
stabilization of the planar MC structure on the metal, where it adsorbs
flatly. SP->MC isomerization by electron attachment into the SP LUMO could be
observed as well. On bismuth, illumination of a pure SP preparation gives rise
to a number of distinct self-assembled monolayer structures, consisting of a
mixture of both MC and SP species with a MC:SP ratio increasing with the
applied photon fluence. Furthermore, a fingerprint of bidirectional SP<=>MC
photoisomerization was found. Metal-molecule-metal junctions are a fundamental
concept of quantum transport research since they allow the observation of bare
electronic transport through single molecules without the hindering barrier of
a tunneling gap. Poly-phenyl molecules with two different anchoring end groups
were adsorbed on copper surfaces, where they assemble in chains. The
suitability of the amino- and pyridil-terminated molecules for contacting and
lifting from the surface with the STM tip was explored. Contact formation to
the pyridil end groups could be achieved reproducibly and basic conductance
properties were measured.
de
dc.description.abstract
Diese Arbeit beschreibt die Untersuchung fundamentaler Aspekte organischer
Moleküle auf Metalloberflächen mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie (RTM) und
der Rastertunnelspektroskopie (RTS). Dabei werden drei Punkte behandelt:
Thermische Effekte in C60-Molekülen, die mittels Tunnelströmen geheizt werden,
das Isomerisationsverhalten von molekularen Photo-Schaltern auf
Metalloberflächen und das Transportverhalten durch einzelne molekulare Drähte
zwischen zwei Metallelektroden (RTM-Spitze und Probe). Inelastisch streuende
Tunnelelektronen führen zu einem vibrationellen Heizen von C60-Molekülen im
Tunnelkontakt. Wird der Tunnelstrom in den µA-Bereich erhöht, so kommt es zu
einem thermisch induzierten irreversiblen Bruch der ikosaederförmigen Struktur
des Moleküls. Die dazu benötigte Leistung zeigt eine Abhängigkeit von der
angelegten Tunnelspannung. Im Vergleich mit Transportrechnungen lässt sich
zeigen, dass der größte Anteil an der Heizleistung auf resonant tunnelnde
Elektronen zurückzuführen ist, während vibrationsunterstütztes resonantes
Tunneln sowie die Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren im Metall-Molekül-
Grenzbereich die wichtigsten Kühlmechanismen darstellen. Durch den Vergleich
der elektrischen Leistungen die zum Zerstören des Moleküls auf drei
verschiedenen Oberflächen (Cu(110), Pb(111) und Au(111)) benötigt werden,
lässt sich weiterhin schließen, dass der Beitrag der Elektron-Loch-Paar-
Erzeugung zur gesamten thermischen Stabilität von der energetischen Position
der LUMO-Resonanz abhängt und zusammen mit der Stärke des Ladungstransfers in
das Molekül ansteigt. 1,3,3-Trimethylindolino-6-nitrobenzopyrylospiran (SP)
ist ein molekularer Photo-Schalter, der bei Temperaturen unter 270 K geordnete
Inseln auf Au(111)- und Bi(110)-Oberflächen bildet. Über 300 K findet eine
thermisch induzierte Isomerisationsreaktion der Moleküle in die isomere Form
Merocyanin (MC) statt. Während für freie Moleküle SP das stabilere Isomer
darstellt, konnten wir beobachten, dass MC auf den beiden untersuchten
Oberflächen die stabilere Form ist. Der Grund ist eine Stabilisierung der
planaren Struktur der MC-Moleküle auf der Oberfläche, die eine flache
Adsorption ermöglicht. Desweiteren konnten SP->MC-Isomerisationsreaktionen
beobachtet werden, die durch Elektronenanlagerung im LUMO der SP-Moleküle
hervorgerufen werden. Auf der Bismut-Oberfläche konnten durch Beleuchtung
einer reinen SP-Präparation mehrere unterschiedliche geordnete Inselstrukturen
erzeugt werden, die aus einer Mischung aus SP- und MC-Molekülen bestehen und
deren MC:SP-Verhältnis mit der Beleuchtungsmenge anwächst. Außerdem wurden
Hinweise auf bidirektionales SP<=>MC-Photoschalten gefunden. Metall-Molekül-
Metall-Kontakte sind ein fundamentales Konzept der Quanten-Transport-
Forschung, da sie die Messung des reinen Elektronenflusses durch ein
Einzelmolekül, ohne den Einfluss einer strombegrenzenden Tunnelbarriere
erlauben. Polypenylmoleküle mit zwei unterschiedlichen Ankergruppen wurden auf
Kupferoberflächen aufgebracht, wo sie sich in Ketten anordnen. Die
Tauglichkeit von amino- und pyridilterminierten Molekülen für das Kontaktieren
und Abheben von der Oberfläche mittels der RTM-Spitze wurde untersucht.
Reproduzierbare Kontakte konnten zu den Pyridil-Endgruppen hergestellt werden,
was die Messung von grundlegenden Leitungseigenschaften erlaubt.
de
dc.format.extent
VI, 128, VI S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
surface physics
dc.subject
molecular physics
dc.subject
scanning tunneling microscopy
dc.subject
molecular switches
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik
dc.title
Elementary processes in single molecule devices
dc.contributor.contact
schulzeg@physik.fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Dr. Jose Ignacio Pascual
dc.contributor.furtherReferee
Dr. Paul Fumagalli
dc.contributor.furtherReferee
Dr. Richard Berndt
dc.date.accepted
2010-01-18
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000016942-3
dc.title.subtitle
electronic transport and molecular isomerization
dc.title.translated
Elementare Prozesse in einzelnen Molekülen
de
dc.title.translatedsubtitle
rlektronischer Transport und molekulare Isomerisierung
de
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000016942
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000007427
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access