Institut für Physikalische und Theoretische Chemie

Ladungstransfer

Es wurde gezeigt, dass an vielen Grenzflächen zwischen organischen Halbleitern und Metallsubstraten Ladungstransfer stattfindet. In vielen Fällen ist dieser Ladungstransfer bidirektional und bestimmt die elektronischen Grenzflächeneigenschaften. Kombinierte Untersuchungen mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und röntgenangeregte Auger-Elektronenspektroskopie (XAES) ermöglichen beispielsweise die Untersuchung lokaler Ladungstransferprozesse.

Für Übergangsmetallphthalocyanine (TMPcs) sind verschiedene Wechselwirkungskanäle an Grenzflächen bekannt, die in obenstehender Abbildung durch einen gelben oder roten Hintergrund illustriert sind. Der Ladungstransfer über das Übergangsmetall ist dabei ei wichtiger Mechanismus und kann auch die elektronische Struktur der Grenzorbitale (HOMO/LUMO) und damit Zustände beeinflussen, die für den Ladungstransport wichtig sind. Darüber hinaus kann ein Ladungstransfer unter Beteiligung des Übergangsmetalls zu einer drastischen Änderung der elektronischen und magnetischen Grenzflächeneigenschaften führen. Dies könnte insbesondere für mögliche zukünftige Anwendungen in spintronischen Nanobauelementen wie Spinventilen oder Spin-Speichern von Bedeutung sein.

Sowohl Röntgenabsorptionsspektren (XAS) als auch Röntgenphotoelektronenspektren (XPS) liefern wertvolle Informationen über die elektronische Konfiguration der d-Niveaus des zentralen Metallatoms von TMPcs. Ihre Form wird maßgeblich durch Multiplett-Effekte bestimmt, was auf die starke Überlappung der Kernwellenfunktion mit den Valenzwellenfunktionen zurückzuführen ist. Als Beispiel weden unten XAS-Spektren für eine Monolage (ML) CoPc auf Ag(111) mit Spektren von dickeren Schichten verglichen, die repräsentativ für das Volumenmaterial (2,8 nm) sind.

Beispiele für Publikationen:

Charge transfer between transition metal phthalocyanines and metal substrates: The role of the transition metal, H. Peisert, J. Uihlein, F. Petraki T. Chassé, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 204 (2015) 49-60.

Interface Properties of Perfluorinated Iron Phthalocyanine on Au(111) and Ag(111): The Influence of Iron and the Macrocycle, Axel Belser, Katharina Greulich, Peter Nagel, Michael Merz, Stefan Schuppler, Thomas Chassé, Heiko Peisert, The Journal of Physical Chemistry C, 126 (2022) 14245–14254.