Grenzflächen zwischen Molekülen und kristallinen Phasen
Wir untersuchen die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Grenzflächen zwischen Molekülen und kristallinen Phasen, da diese Grenzflächen ein integraler Bestandteil fast jeder molekularen Nanostruktur sind, in der Quantenfunktionen genutzt werden können - schließlich ist das Substrat, auf dem die Nanostruktur hergestellt wird, in der Regel ein einkristallines Material.
Beim Entwurf funktioneller molekularer Strukturen für die Quanten-Nanowissenschaft spielt die Molekül-Substrat-Grenzfläche eine Schlüsselrolle, da sie die Funktionalität ebenso stark beeinflussen kann wie die Wechselwirkungen innerhalb der molekularen Strukturen selbst. Wir untersuchen Molekül-Substrat-Grenzflächen mit einer breiten Palette von spektroskopischen, mikroskopischen und beugungsbasierten Ansätzen. Mit unserem aberrationskorrigierten Elektronenspektromikroskop untersuchen wir beispielsweise die Wachstumskinetik von Molekülfilmen. Dies offenbart nicht nur Grundlagen über die Molekül-Substrat-Wechselwirkung in Bezug auf intermolekulare Wechselwirkungen, sondern kann auch Wege zu gewünschten Strukturen aufzeigen, die die Grundlage für weitere Herstellungsschritte bilden könnten. Da molekulare Nanostrukturen für die Quantennanowissenschaft häufig mehrere Molekülarten enthalten, untersuchen wir auch das Wachstum gemischter Schichten.
Im Vergleich zur anorganischen (z. B. Metall-auf-Metall) Epitaxie, bei der die Bausteine punktförmige Einzelatome sind, fügen organische Moleküle Dimensionalität, Anisotropie und Konformation hinzu, die zu komplexen Wachstumsmechanismen führen. Phasen, die aus zwei oder mehr molekularen Spezies bestehen, bieten sogar noch mehr Gestaltungsmöglichkeiten, allerdings auf Kosten einer zusätzlichen Komplexität. In diesem Zusammenhang haben wir eine neuartige und generische Methode zur Steuerung des Wachstums entdeckt und erläutert [1]. Sie beruht auf gegensätzlichen intermolekularen Wechselwirkungen zwischen den adsorbierten Spezies: Moleküle einer Art ziehen sich gegenseitig an und bilden zweidimensionale Inseln, während die zweite Molekülspezies abstoßende Wechselwirkungen zeigt, so dass ein so genanntes Gittergas aus adsorbierten Molekülen entsteht. Durch allgemeine thermodynamische Überlegungen führt diese Situation zu einem reichhaltigen Phasendiagramm, das zur Steuerung des Wachstums einer gewünschten Grenzflächenstruktur verwendet werden kann. Es wird erwartet, dass der Mechanismus von allgemeiner Gültigkeit ist (News and views: Opposite interaction matters). Die Wechselwirkungen zwischen den molekularen Spezies, die für die Wachstumssteuerung in diesem Schema entscheidend sind, werden durch den Ladungstransfer mit dem Substrat bestimmt [2, 3, 4, 5, 6] - dies kann durch die spezifische Auswahl der Moleküle gesteuert werden. Die Ergebnisse der Photoemissionstomographie und der stehenden Röntgenwellen bei normalem Einfall helfen bei der Auswahl geeigneter Moleküle.
