Homo- und heterochirale kommensurate Molekülstrukturen in der Sexithiophen-Monolage auf einer Ag(001)-Oberfläche

Abstract

In dieser Arbeit sind die Grundlagen für zeitaufgelöste Untersuchungen der Elektronendynamik an dünnen hochgeordneten Molekülschichten auf leitfähigen Oberflächen gelegt worden. So wurde zum Einen das Wachstum geordneter Molekülstrukturen in der ersten Sexithiophen (6T) Moleküllage auf der Ag(001)-Oberfläche umfassend mit STM und LEED untersucht. Zum anderen konnte ein neuartiges faserbasiertes fs-Lasersystem als Lichtquelle für zeitaufgelöste Zweiphotonenphotoemissions-Spektroskopie in Betrieb genommen und dessen Leistungsfähigkeit demonstriert werden. In STM- und LEED-Experimenten konnten insgesamt fünf unterschiedliche 6T-Strukturen bei Monolagenbedeckung auf einer Ag(001)-Oberäche charakterisiert werden, die alle aus flach auf der Oberfläche liegenden Molekülen aufgebaut sind. Dabei konnten starke Hinweise auf ein bisher für 6T-Moleküle nicht dokumentiertes Stranski-Krastanov-Wachstum auf der Ag(001)-Oberfläche gesammelt werden. In der Molekülanordnung mit der niedrigsten Moleküldichte ist die Moleküllängsachse entlang einer der [100]-Hochsymmetrierichtungen ausgerichtet. Die Einheitszelle ist inkommensurat zur Ag-Oberfläche. Alle anderen beobachteten 6T-Strukturen sind kommensurat zur Ag(001)-Oberäche und die 6T-Moleküle sind entlang der [110]-Richtungen ausgerichtet. Die Händigkeit der Moleküle und ihre Konturen spielen in den kommensuraten Strukturen eine fundamentale Rolle bei der Strukturbildung. So sind Doppelpack-, Orthogonal- und Diagonalstruktur homochiral, hingegen ist die Zopfstruktur eine heterochirale Molekülanordnung. Mit der Zopfstruktur konnte zum ersten mal eine langreichweitig geordnete 6T-Struktur dokumentiert werden, in der die 6T-Moleküle einheitlich in einer Molekülkonformation vorliegen, die von der energetisch günstigsten all-trans-Konfiguration verschiedenen ist. Anhand von zeitaufgelösten Zweiphotonenphotoemissions-Messungen an Bildpotentialelektronen vor einer Ag(001)-Oberfläche konnte die Leistungsfähigkeit eines neuen faserbasierten Lasersystems demonstriert werden, das mit Repetitionsraten bis zu 2 MHz betrieben werden kann. Zusätzlich zu den Bindungsenergieen und Lebensdauern am Gammapunkt für die ersten drei Bildpotentialzustände wurde die Abhängigkeit der Lebensdauer des n=1 Zustands vom Parallelimpuls bestimmt. Die inverse Lebensdauer zeigt eine annähernd lineare Abhängigkeit von der Energiedierenz zum Gammapunkt. Die Steigung des Anstiegs ist mit Daten aus der Literatur zum n=1 Zustand auf der verwandten Cu(001)-Oberfläche vergleichbar.