Adsorption, Struktur und Morphologie hochgeordneter organischer
Adsorbatschichten
Dissertation zur Erlangung des naturwissenschaftlichen Doktorgrades der Bayerischen Julius-Maximilians-Universität
Würzburg
vorgelegt von Lennart Kilian
aus Berlin
Würzburg, 2002
Eingereicht bei der Fakultät für Physik und Astronomie am: 15.3.2002
Gutachter der Dissertation:
1.: Prof. Dr. E. Umbach 2.: Prof. Dr. J. Geurts
Prüfer der mündlichen Prüfung:
1.: Prof. Dr. E. Umbach 2.: Priv.-Doz. Dr. M. Biehl
Tag der mündlichen Prüfung: 11.4.2002
Promotionsurkunde ausgehändigt am:
Shaker Verlag Aachen 2003 Berichte aus der Physik
Lennart Kilian
Adsorption, Struktur und Morphologie hochgeordneter organischer Adsorbatschichten
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Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Kilian, Lennart:
Adsorption, Struktur und Morphologie hochgeordneter organischer Adsorbatschichten / Lennart Kilian.
Aachen : Shaker, 2003 (Berichte aus der Physik) Zugl.: Würzburg, Univ., Diss., 2002 ISBN 3-8322-1256-6
Copyright Shaker Verlag 2003
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ISBN 3-8322-1256-6 ISSN 0945-0963
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Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
2. Theoretische Grundlagen 5
2.1. Absorption in stehenden Röntgenfeldern bei normalem Einfall . . . 5
2.2. Beugung niederenergetischer Elektronen . . . 14
3. Experimentelle Apparaturen 21 3.1. SPALEED-Apparatur in Würzburg . . . 21
3.2. NIXSW-Aufbau an der ESRF in Grenoble . . . 24
4. Elektronische Struktur in der Gasphase - PTCDA 27 4.1. Gaszelle für große organische Moleküle . . . 30
4.2. Vergleich von Gasphasen- und Festkörperdaten . . . 32
4.2.1. Vergleich der Orbitalenergien . . . 33
4.2.2. Abschirmung des photoionisierten Moleküls . . . 36
4.2.3. Vergleich mit Rechnungen . . . 36
4.2.4. Das HOMO in der Gasphase . . . 38
4.2.5. Das HOMO im Festkörper . . . 39
4.3. Diskussion . . . 46
5. Adsorptionsplatzbestimmung - EC4T auf Ag(111) 51 5.1. Einführung . . . 51
5.2. Gemessene Positionsvektoren . . . 53
ii
5.2.1. Fits der XPS-/Augerspektren . . . 54
5.2.2. Fits der XSW-Absorptionsprofile . . . 57
5.3. Bestimmung des Adsorptionsplatzes . . . 60
5.3.1. Vertikale Position . . . 60
5.3.2. Laterale Position . . . 61
5.4. Ergebnis . . . 69
5.5. Diskussion . . . 69
6. Wie kommensurabel ist kommensurabel? - NTCDA auf Ag(111) 73 6.1. Einführung in das Materialsystem . . . 74
6.2. SPALEED-Daten und Simulation der Monolagenstrukturen . . . 75
6.3. Realraummodelle der Monolagenstrukturen und Strukturklassifikation . 81 6.4. Simulation der Zusatzreflexe . . . 81
6.5. Ordnungs-Unordnungs Übergang beim Abkühlen . . . 83
6.6. Diskussion . . . 86
7. Wie starr ist eine organische Adsorbatschicht? - PTCDA auf Au(111) 93 7.1. Einführung in das Materialsystem . . . 94
7.1.1. Die Rekonstruktion der Au(111)-Oberfläche . . . 94
7.1.2. Monolage PTCDA auf Au(111) . . . 96
7.1.3. Erwägungen zum Überwachsen der Rekonstruktionsdomänen . . 98
7.2. Geometrische Struktur . . . 102
7.2.1. Aufteilung des Beugungsbildes in Reflexgruppen . . . 104
7.2.2. Strukturen der Reflexgruppen A und B . . . 106
7.2.3. Au(111)-Rekonstruktion . . . 107
7.2.4. Überstrukturmatrizen der Strukturen A, B1 und B2 . . . 109
7.3. Elektronische Struktur . . . 112
7.4. Diskussion . . . 114
Inhaltsverzeichnis iii 8. Adsorptionskinetik von PTCDA auf Ag(111) - Der Precursor-Zustand 119
8.1. Einführung in das Materialsystem . . . 119
8.2. UPS- und SPALEED-Daten zur PTCDA-Monolage . . . 121
8.2.1. Elektronische Struktur . . . 121
8.2.2. Geometrische Struktur . . . 123
8.2.3. Tempern des Precursors: UPS . . . 127
8.2.4. Tempern des Precursors: SPALEED . . . 128
8.3. Diskussion . . . 131
9. Struktur und Morphologie von Multilagenfilmen von PTCDA auf Ag(111) 133 9.1. Einführung in das Materialsystem . . . 133
9.2. Daten . . . 134
9.2.1. Struktur und Morphologie von Hochtemperaturfilmen . . . 137
9.2.2. Struktur und Morphologie von Tieftemperaturfilmen . . . 146
9.2.3. Struktur beim Wachstum der Filme bei unterschiedlichen Tempe- raturen . . . 156
9.2.4. Rotationsunordnung bei Tieftemperaturfilmen . . . 159
9.2.5. Zusammenfassung . . . 160
9.3. Diskussion . . . 160
10. Zusammenfassung 167
Anhang 169
A. Verwendete Abkürzungen 169
B. Verwendete Auswerteprogramme 171
C. Gemessene Austrittsarbeiten - Energieniveauschemata 175
D. Franck-Condon-Intensitätsverteilung 179
E. Molekülorbitale von PTCDA 181
iv
F. XSW-Programmcode in Fortran-Version 183
G. Strukturklassifikation 187
H. Berechnung der Neigung und Orientierung von Facetten 191
I. Monolage PTCDA auf Ag(110) 195
