title: Growth, thermal evolution and phase transformations of NTCDA and Tetracene on the Ag(111) surface
title: Wachstum, thermische Entwicklung und Phasentransformationen von NTCDA und Tetracen auf der Ag(111)-Oberfläche
Creators: name: Braatz, Carolin
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Grenzfläche
Tetracen
Oberflächenphysik
Organische Moleküle
phase diagram
NTCDA
Physik
Tetracene
dynamical charge transfer
Phasendiagramm
Phasenübergang
Sillber
Ag(111)
interface
Infrarotspektroskopie
SPA-LEED
TPD
Infrared spectroscopy

description: In this thesis growth and thermal
      evolution of the organic molecules
      1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic-dianhydride (NTCDA) and
      Tetracene (Tc) on the Ag(111) surface were investigated in
      the coverage range of ultra thin layers. The layer
      preparation was performed via molecular beam epitaxy under
      ultrahigh vacuum conditions. For investigation infrared
      reflection absorption spectroscopy (IRAS), spot profile
      analysis low-energy electron diffraction (SPA-LEED) and
      thermally programmed desorption (TPD) were used. For NTCDA in
      the coverage range of one monolayer the transition from the
      dense packed compressed monolayer, which corresponds to 1,0
      monolayer, to the less dense packed relaxed monolayer, which
      corresponds to 0,9 monolayers, was investigated. The
      transition takes place in the temperature range between 350 K
      and 400 K. In both monolayer phases the molecules are
      oriented parallel with respect to the surface. Via
      postdeposition of additional material onto the relaxed
      monolayer a third type of monolayer could be prepared, with
      molecules standing upright on the surface. In the
      submonolayer regime a new ordered phase was found which can
      be obtained from the relaxed monolayer phase by a shift of
      entire molecular rows. In the coverage range between one and
      two monolayers a metastable bilayer was found which is also
      oriented parallel to the surface. The bilayer is largely
      decoupled from the metal surface. Starting with a coverage of
      more than two monolayers a multilayer phase is formed without
      any sign of the bilayer. In the coverage range between two
      and 20 monolayers two different multilayer phases were found
      depending on the amount of NTCDA and sample temperature
      during deposition. The arrangement of the molecules among
      each other is similar for both multilayer phases and
      corresponds to the arrangement found for the bulk phase. The
      multilayer phases differ in the orientation relative to the
      surface. For Tc in the coverage range of slightly more than
      two monolayers the beta-phase and its transition into the
      alpha-phase was presented. Experiments in the coverage range
      of one monolayer and beneath were done at sample temperatures
      of 77 K and 28 K using liquid nitrogen respectively liquid
      helium as cooling liquid. For measurements at a sample
      temperature of 77 K the results known from literature
      concerning the repulsive interaction of the Tc molecules have
      been confirmed. Specifically, the lateral repulsion leads to
      a disordered phase for coverages less than a monolayer which
      can be converted into the alpha-phase by adding material. By
      experiments at a sample temperature of 28 K two further low
      temperature phases could be detected. They are formed upon
      cooling slightly below 77 K and therefore could not be seen
      during the previous measurements at liquid nitrogen
      temperature. One of the phases could be identified as the
      gamma-phase which was described in the literature using STM
      data. The temperature dependence of the individual phases was
      investigated by performing fast sequences of linescans
      through selected diffraction spots of the corresponding
      phases while cooling down the sample. From the obtained data
      a well resolved phase diagram of Tc/Ag(111) was
      established.
description: In der vorliegenden Dissertation
      wurden das Wachstum und die thermische Entwicklung der
      organischen Moleküle
      1,4,5,8-Naphthalin-Tetracarbonsäure-Dianhydrid (NTCDA) und
      Tetracen (Tc) auf einer Ag(111)-Oberfläche im Bereich
      ultradünner Schichten untersucht. Die Präparation der
      Schichten erfolgte dafür durch Molekularstrahlepitaxie aus
      thermischen Verdampfern unter Ultrahochvakuumbedingungen. Als
      Methoden wurden die Infrarotabsorptionsspektroskopie (IRAS),
      die Beugung niederenergetischer Elektronen (SPA-LEED) und die
      Temperatur-programmierte Desorption (TPD) verwendet. Für
      NTCDA wurde im Bereich einer Monolage der Übergang zwischen
      der dicht gepackten sogenannten komprimierten Monolage, die
      1,0 Monolagen entspricht, und der weniger dicht gepackten
      relaxierten Monolage untersucht, die einer Bedeckung von 0,9
      Monolagen entspricht. Der Übergang erfolgt im Bereich von
      350~K bis 400~K. In beiden Monolagen sind die Moleküle
      parallel zur Oberfläche orientiert. Durch Postdeposition
      weiteren Materials auf die relaxierte Monolage konnte eine
      weitere Monolagenphase präpariert werden, bei der die
      Moleküle aufrecht auf der Oberfläche stehen. Im Bereich der
      Submonolage wurde eine weitere geordnete Struktur entdeckt,
      die aus der relaxierten Monolage durch die Verschiebung
      ganzer Molekülreihen hervorgeht. Für Bedeckungen zwischen ein
      und zwei Monolagen wurde eine metastabile und ebenfalls
      parallele Bilage beobachtet, die weitgehend vom Metall
      entkoppelt ist. Überschreitet die Bedeckung eine Menge von
      zwei Monolagen, kommt es nicht zur Bildung der Bilage,
      sondern es entsteht direkt eine Multilagenphase. Bei der
      Untersuchung von Schichten zwischen zwei und 20 Monolagen
      wurden abhängig von der Bedeckung und Probentemperatur
      während der Deposition zwei verschiedene Multilagenphasen
      nachgewiesen. Die Anordnung der Moleküle untereinander
      entspricht dabei in beiden Fällen der im NTCDA-Festkörper,
      die Orientierung relativ zur Oberfläche unterscheidet sich
      jedoch. Für Tc wurden bei Bedeckungen von etwas über zwei
      Monolagen die beta-Phase und deren Übergang in die
      alpha-Phase per IRAS und im SPA-LEED abgebildet. Experimente
      im Bereich einer Monolage und darunter wurden unter
      Verwendung von flüssigem Stickstoff beziehungsweise flüssigem
      Helium als Kühlmittel sowohl bei einer Probentemperatur von
      77 K als auch von 28 K durchgeführt. Für Messungen bei 77 K
      konnten die aus der Literatur bekannten Erkenntnisse
      bestätigt werden, dass unterhalb einer Monolage durch die
      repulsive Wechselwirkung der Moleküle untereinander eine
      ungeordnete Phase vorliegt, die durch Hinzufügen weiteren
      Materials in die alpha-Phase überführt werden kann. Durch
      Messungen bei 28 K konnten für Bedeckungen unterhalb einer
      Monolage zwei weitere Tieftemperaturphasen nachgewiesen
      werden. Diese werden beim Abkühlen der Probe bei etwas
      unterhalb von 77 K gebildet und konnten daher bei bisherigen
      Messungen bei Stickstoffkühlung nicht beobachtet werden. Eine
      davon ließ sich der schon in der Literatur per
      Rastertunnelmikroskopie nachgewiesenen gamma-Phase zuordnen.
      Zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Entstehung
      der einzelnen Phasen wurden während des Abkühlens in rascher
      Wiederholung Schnitte durch jeweils einen ausgewählten
      Beugungsreflex im SPA-LEED gelegt. Aus den gewonnenen Daten
      wurde ein gut aufgelöstes Phasendiagramm für Tc/Ag(111)
      erstellt.