Highly controlled deposition of organic magnets on metal-oxide surfaces

Abstract

Abstract Organische molekulare Magnete sind eine aufkommende Klasse von Materialien mit möglicher Anwendung in der Spintronik. Die Adsorptionseigenschaften dieser Quantenmagnete und ihre Verarbeitung zu Dünnschichtsystemen sind sowohl für besseres Grundlagenverständnis der physikalischen Prozesse, als auch für mögliche kommerzielle Anwendungen von großem Interesse. Der Fokus dieser Thesis liegt auf dem Wachstum von Dünnschichten verschieder Dicke aus metallfreien organischen Magneten auf der Oberfläche verschiedener Metalloxidsubstrate im Ultrahochvakuum (UHV), sowie der Untersuchung der elektronischen Struktur, sowie der paramagnetischen Eigenschaften der Moleküle. Wir haben den paramagnetischen Charakter von Dünnschichten eines paramagnetischen Pyren-Derivates des Nitronyl Nitroxid Radikals (NitPyn) auf TiO2(110) Einkristallen erforscht und herausgefunden, dass die paramgnetischen Eigenschaften der NitPyn Moleküle vom lokalen Hydroxylierungsgrad des Substrates abhängen. Die erste Monolage kann hierbei als Puffer fungieren, auf dem intakte organische Magnete wachsen können. Mit den spektroskopischen Techniken X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) und near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS), haben wir herausgefunden, dass die paramagnetische Eigenschaften der Moleküle beim Übergang zum Dünnschichtmaterial erhalten bleiben. Weiterhin haben wir die elektronische Struktur und die paramagnetischen Eigenschaften von NitPyn Dünnschichten, die auf SiO2/Si(111) aufgedampft wurden, mithilfe von XPS und NEXAFS aufgeklärt. Unsere Resultate sprechen dafür, dass die Moleküle ihren Radikalcharakter sowohl bei Filmdicken von Sub-Monolagen, als auch bei mehreren Molekülschichten behalten. Weiterhin gibt es keine Anzeichen für eine präferierte Orientierung der NitPyn-Moleküle auf SiO2/Si(111) . PPN ist das andere Pyrenderivat des Nitronyl-Nitroxid Radikals, das in dieser Arbeit untersucht wurde. PPN Moleküle wurden auf TiO2(110) Einkristallen und SiO2/Si(111) aufgebracht. Auch bei diesem Molekültyp wurde die elektronische Struktur und die paramagnetischen Eigenschaften der Dünnschichten untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die magnetischen Eigenschaften der Moleküle sowohl bei Sub-Monolagen als auch bei dickeren Schichten auf SiO2/Si(111) erhalten bleiben. Die Filme zeichnen sich durch hohe strukturelle Ordnung, sowie hoher Stabilität, sowohl im Vakuum, als auch an der Luft aus, was dieses Fluorophor-Nitroxid Radikal zu einem vielversprechenden Kandidaten für eine Anwendung in der Elektronik macht.