Diese Dissertation beschreibt die Untersuchungen von der MoS2/Au(111) Grenzfläche sowie ihren entkoppelnden Eigenschaften für molekulare Adsorbate mittels Rastertunnel- (RTM) und Rasterkraftmikroskopie (RKM).
Im ersten Teil wachsen wir eine Monolage MoS2 auf einer Au(111) Oberfläche und untersuchen ihre strukturellen and elektronischen Eigenschaften. Mit Hilfe von RTM und RKM können wir zwischen drei verschiedenen Bereichen im MoS2/Au(111) Moiré-Muster unterscheiden und diese dann verschiedenen Stapelfolgen an der MoS2/Au(111) Grenzfläche zuordnen. Wir beobachten des Weiteren auch eine bestimmte Orientierung der MoS2 Inseln zu den unterliegenden Au Lagen. Die elektronischen Eigenschaften von MoS2/Au(111) werden dann mit Rastertunnelspektroskopie (RTS) untersucht. Die Spektren weisen auf eine starke Hybridisierung zwischen dem MoS2 und der Au(111) Oberfläche hin, wobei der stärkste Effekt am Γ Punkt des Valenzbandes auftritt. Messungen der Abklingkonstante des Tunnelstroms zeigen einen unbesetzten Zustand des MoS2 am Γ Punkt, der etwa 0.4eV oberhalb des Leitungsbandminimums ist und wahrscheinlich durch die MoS2/Au(111) Grenzfläche entsteht. Unter bestimmten Präparationsbedingungen können wir nanometergroße Fehlstelleninseln wachsen. An diesen Stellen ist die Hybridisierung mit dem Au(111) Substrat aufgehoben. In Kombination mit Elektrolumineszenzmessungen beobachten wir dort ein Verschwinden jeglicher Zustandsdichte in der elektronischen Bandlücke von MoS2.
Im zweiten Teil werden 2,5-bis(3-dodecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]-thiophene (BTTT) Moleküle auf der MoS2/Au(111) Probe aufgebracht und mit RTS Messungen untersucht. Wir beobachten dabei herrausragende Entkopplungseigenschaften von MoS2, die eine Energieauflösung von unter 6meV erlauben. Dadurch ist es uns möglich eine Vielzahl an vibronischen Zuständen der positiven Ionenresonanz (PIR) von BTTT aufzulösen. Dieser vibronische Fingerabdruck erlaubt es uns zwischen verschiedenen Rotameren von BTTT zu unterscheiden, wobei sich diese nur durch Rotation einer Thienothiophengruppe unterscheiden. Rechnungen mit Dichtefunktionaltheorie (DFT) von BTTT in Gasphase können die beobachteten vibronischen Spektren vollständig und in Übereinstimmung mit dem Franck-Condon-Prinzip reproduzieren. Im letzten Abschnitt benutzen wir die neu gewonnene hohe Energieauflösung, um das Störpotential von verschiedenen RTM Spitzen zu untersuchen, welches auf die elektronischen Zustände der BTTT Moleküle einwirkt. Der Effekt der inhomogenen Potentialverteilung im Tunnelkontakt kann qualitativ mit Hilfe eines einfachen elektrostatischen Models der Doppelbarriere reproduziert werden. Durch den Vergleich der Energieverschiebungen des elastischen und eines inelastischen Peaks können wir zwischen den Störpotentialen unterscheiden, die durch eine dipolare Spitze oder die an der Probe angelegte Spannung entstehen.
This thesis describes the investigation of the MoS2/Au(111) interface and its decoupling properties for molecular adsorbates by means of scanning tunneling microscopy (STM) and atomic force microscopy (AFM).
In the first part, we grow single-layer MoS2 on a Au(111) substrate and investigate its structural and electronic properties. Using STM and AFM, we can distinguish between three different sites of the MoS2/Au(111) moiré pattern and assign each of them to a certain stacking pattern of the MoS2/Au(111) interface. We observe a certain orientation of the MoS2 islands with respect to the underlying Au layers. The electronic properties are probed by scanning tunneling spectroscopy (STS). These spectra reveal a strong hybridization of MoS2 with the Au(111) surface with the most pronounced effect occurring at the Γ point of the valence band. By measuring the decay constant of the tunneling current, we find an unoccupied state of MoS2 around the Γ point 0.4eV above the conduction band minimum. This state occurs most probably due to the MoS2/Au(111) interface. Under certain growth conditions, we can produce nanometer-sized vacancy islands below the MoS2 . Here, the hybridization with the Au(111) substrate is lifted, causing a patch of nearly unperturbed single-layer MoS2. In combination with electroluminescence measurements we find a vanishing density of state within the electronic band gap of quasi freestanding MoS2.
In the second part 2,5-bis(3-dodecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]-thiophene (BTTT) molecules are deposited on the MoS2/Au(111) sample and investigated by STS measurements. We observe excellent decoupling properties of MoS 2 yielding an energy resolution of less then 6meV. This allows us to resolve a variety of vibronic states in the positive ion resonance (PIR) of BTTT. These vibronic fingerprints enable us to distinguish between rotational isomers of the BTTT molecule, which differ by the rotation of a single thienothiophene group. Density functional theory (DFT) calculations are performed, which fully reproduce the observed vibronic spectra in accordance to the Franck-Condon principle. In the last section, we utilize the high energy resolution to investigate the perturbation potential of different STM tips, acting on the electronic states of the delocalized BTTT molecule. The effect of the inhomogeneous potential distribution in the junction is qualitatively reproduced by a simple electrostatic model of the double barrier junction. By comparing the energy shift of elastic and inelastic resonances of the PIR, we are able to disentangle the perturbation potential of a dipolar tip and the applied voltage.
