FWF - EMBEDDED - Kontrolle der Eigenschaften von SAMs durch eingebaute molekulare Dipole

Ziel des vorliegenden Projektes ist es, ein atomistisches Verständnis der elektronischen und strukturellen Eigenschaften selbstassemblierter Monolagen (SAM) zu gewinnen, wobei letztere aus Alkylthiolen mit in die Kette eingebauten dipolaren Gruppen bestehen. Solche Systeme sind sowohl von fundamentalem als auch von einem anwendungsorientiertem Interesse, da die dipolaren Gruppen innerhalb der Monolage eine Potentialdiskontinuität erzeugen, die die elektronischen Zustände ober-und unterhalb der Dipole relativ zueinander verschiebt. Außerdem erlauben diese SAMs eine kontrollierte Einstellung der Austrittsarbeit des Substrats unabhängig von der Kopplungschemie. Auch die Grenzfläche zwischen SAM und Vakuum bzw. auf der SAM aufgewachsenen weiteren Schichten bleibt von chemischen Modifikationen unberührt. Neue Erkenntnisse erwarten wir insbesondere durch die Kombination verschiedener experimenteller, oberflächenphysikalischer Methoden mit quantenmechanischen und moleküldynamischen Simulationen. Erstere werden in der Arbeitsgruppe von Michael Zharnikov eingesetzt werden und umfassen hochauflösende Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, UV-Photoelektronenspektroskopie, Röntgen-Nahkanten-Absorptions- Spektroskopie, und Messungen mit einer Kelvin Sonde. Die Simulationen, die in der Arbeitsgruppe von Egbert Zojer durchgeführt werden, sind dazu ideal komplementär und umfassen Berechnungen mittels Dichtefunktionaltheorie und Moleküldynamik mit klassischen Kraftfeldern an Metallmultilagen, die auf einer Seite mit dem organischen Adsorbat bedeckt sind. Um die Beziehung zwischen molekularer Struktur und SAM Eigenschaften zu verstehen, werden wir systematisch die Länge der aliphatischen Ketten, die Position der eingebetteten Dipole und auch die chemische Struktur der funktionalen Gruppen gezielt variieren. Die entsprechenden Moleküle werden uns von der Arbeitsgruppe von David A. Allara zur Verfügung gestellt werden, wo auch die Infrarot-Reflektionsabsorptionsspektroskopie durchgeführt werden wird. Durch die Kombination von Experimentan mit Simulationen erwarten wir detaillierte Einsichten in die elektrostatischen Potentialverschiebungen innerhalb der SAMs und auch Informationen, wie diese zur induzierten Austrittsarbeitsänderung in Beziehung stehen. Was letzteren Aspekt betrifft, so zeigen erste Untersuchungen, dass dieser Zusammenhang nicht so offensichtlich ist, wie man auf den ersten Blick annehmen könnte.