Potential Energy Minimization as the Driving Force for Order and Disorder in Organic Layers

• Main Author: Wagner, Christian
• Other Authors: Technische Universität Dresden, Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden 2010
• Subjects: organic semiconductors; dye molecules; polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs); QT; HBC; PTCDA; organic molecular beam epitaxy (OMBE); low-energy electron diffraction (LEED); scanning tunneling microscopy (STM); intermolecular repulsion; epitaxy; physisorption; atomic force fields; van der Waals force; organic-organic heterojunctions; Organische Halbleiter; Farbstoff-Moleküle; Polyzyklische Aromate; Organische Molekularstrahl-Epitaxie (OMBE); Niederenergetische Elektronenbeugung (LEED); Rastertunnelmikroskopie (STM); repulsive Wechselwirkung zwischen Molekülen (intermolekular); Epitaxie; Physisorption; Atomare Kraftfelder; Kraftfeldmethoden; Van der Waals Kräfte; Organisch-organische Heterosysteme; ddc:530; rvk:UP 3130
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-38242; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-38242; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/3824/Dissertation_Christian_Wagner_TU-Dresden.pdf

The topic of this work is the structural characterization and theoretical modeling of organic single and heterolayers. The growth of sub-monolayers and monolayers (ML) of the two polycyclic aromatic hydrocarbons quaterrylene (QT) and hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) on Ag(111) and Au(111) was investigated. A transition from a disordered, isotropic phase to an ordered phase with increasing coverage was found. The lattice of the ordered phase turned out to be coverage dependent. The intermolecular potential was modeled including Coulomb and van der Waals interaction by a force-field approach. The postulated repulsive character of the potential could be connected to the non-uniform intramolecular charge distribution and to a screening of the van der Waals forces. Furthermore, the influence of the variable lattice constant on the epitaxial growth of HBC was studied. The second part of this work deals with a ML of 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) on a ML of HBC. In dependency on the initial lattice constant of HBC, a total of three line-on-line (LOL) and point-on-line coincident phases of PTCDA (with respect to HBC) was found. Following an analysis of the general properties of LOL coincident systems via force-field calculations, a new method to predict the structure of such systems is introduced. === Thema dieser Arbeit ist die strukturelle Charakterisierung von organischen Einfach- und Heterolagen sowie deren theoretische Beschreibung und Modellierung. Es wurden Submonolagen und Monolagen (ML) der polyzyklischen Kohlenwasserstoffe Quaterrylen (QT) und Hexa-peri-hexabenzocoronen (HBC) auf Ag(111) und Au(111) Einkristallen untersucht und ein Übergang von einer ungeordneten, isotropen Phase zu einer geordneten Phase mit steigender Bedeckung beobachtet. Die geordnete Phase wies dabei bedeckungsabhängige Gitterkonstanten auf. Das intermolekulare Potential wurde unter Berücksichtigung von Coulomb und van der Waals Anteilen mittels Kraftfeldmethoden modelliert. Der postulierte repulsive Charakter des Potentials konnte auf die Ladungsverteilung im Molekül und eine Abschwächung des van der Waals Potentials zurückgeführt werden. Weiterhin wurde der Einfluss der variablen HBC Gitterkonstante auf die epitaktische Relation des Gitters zum Metallsubstrat untersucht. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich der Untersuchung einer ML 3,4,9,10-Perylenetetracarboxylic dianhydrid (PTCDA) auf einer ML HBC. Dabei wurden, in Abhängigkeit von der HBC Gitterkonstante, insgesamt drei verschiedene Typen von line-on-line bzw. point-on-line Epitaxie nachgewiesen. Im Anschluss an eine Analyse der generellen Eigenschaften solcher epitaktischer Lagen mittels Kraftfeldrechnungen wird eine neue Methode zur Vorhersage der Struktur konkreter Systeme vorgestellt.