Die in-situ und Echtzeit-Beobachtung der Adsorption und des Wachstums ultradünner organischer molekularer Schichten auf Oberflächen ist von großer Bedeutung für das kontrollierte Wachstum hochqualitativer Schichen, wie sie z.B. für opto-elektronische Anwen-dungen Verwendung finden. Allerdings sind die Möglichkeiten der oberflächenspezifischen Methoden zur simultanen Analyse der Adsorptionskinetik, der Molekülwechselwirkung, -orientierung und -konformation, sowie der Struktur, Morphologie und der optischen Eigenschaften des wachsenden Films sehr begrenzt.
Wir möchten hier eine optische Methode - die Reflexions-Differenz-Spektroskopie (RDS) - als eine neue, extrem empfindliche Methode zur Analyse der Adsorption und des Wachstums ultradünner organischer Filme auf Metalloberflächen einführen. In unserem Institut wurde RDS bereits als äußerst effiziente Methode zur Charakterisierung der Anisotropie von Metallober-flächen, der Adsorptionskinetik kleiner anorganischer Moleküle und Atome, sowie der Struktur und Morphologie von Adschichten und dünnen Filmen etabliert. Unsere bisherigen Studien an organischen Molekülen zeigen, dass das RDS-Signal äußerst empfindlich auf die molekulare Orientierung, Wechselwirkung und Konformation, als auch auf die Struktur und Morphologie des wachsenden Films ist. Die erhöhte Sensitivität für bestimmte organische Moleküle basiert auf in deren stark anisotropen elektronischen Struktur und der damit verbundenen intra-molekularen optischen Übergänge, sowie auf der anisotropen molekularen Wechselwirkung (exitonische Zustände). Die Nachweisgrenze für liegende adsorbierte Moleküle liegt weit unterhalb von 1 % einer Monolage und damit deutlich niedriger als bei konventionellen optischen Methoden. Um RDS als effiziente Methode zur Charakterisierung des Wachstums ultradünner organischer Filme zu etablieren, ist es essenziell eine grundlegende Studie der RDS-Empfindlichkeit auf molekulare Aggregate als Funktion der Aggregatgröße und -konfiguration durchzuführen. Wir planen ausgewählte Modellsysteme bei niedrigen Temperaturen (bis 6 K) und im Ultrahoch-vakuum (UHV) mittels RDS zu untersuchen und die Ergebnisse mit den mittels komplementärer analytischer Methoden (STM, LEED, XRD, TPD, AFM, ARUPS) gewonnenen Resultaten zu vergleichen.
Die zu untersuchenden Systeme umfassen Para-Sexiphenyl (p-6P) und Pentazen auf Cu(110), Cu(110)-(2×1)O und Cu(110)-(2×3)N Oberflächen. Die unterschiedliche Steifigkeit von p-6P und Pentazen ermöglicht die systematische Analyse der Untersuchung der molekularen Konformation, während die Substratauswahl das gezielte Einstellen der Korrugation und der elektronischen Struktur der Substratoberflächen ermöglicht und somit erlaubt deren Einfluss auf das Adsorptions- und Wachstumsverhalten der organischen Moleküle zu charakterisieren. Zusätzlich erlaubt die Deposition organischer Moleküle auf Oberflächen mit zweizähliger Symmetrie die Herstellung Filmen mit zueinander ausgerichteten Molekülen, die eine niedrige Dichte von Domänengrenzen und eine stark polarisierende Absorptions- und Emissionscharakteristik aufweisen. Diese Eigenschaften haben das Potential die Qualität von organischen optoelektonischen Bauteilen zu verbessern. Die Untersuchungen werden im Temperaturbereich zwischen 6 K und der Desorptions-temperatur der Moleküle durchgeführt werden. Die systematische Variation der Proben-temperatur erlaubt die Bestimmung der energetischen und kinetischen Parameter, die von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis der Nukleation und des Wachstums dünner organischer Filme sind.