Untersuchung der Elektronendynamik an der PTCDA/Ag(111)-Grenzfläche

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Elektronendynamik an der PTCDA/Ag(111)-Grenzfläche mit Hilfe von zeit- und winkelaufgelöster Zweiphotonen-Photoemission (2PPE) sowie zeitaufgelöster Photolumineszenz-Spektroskopie (PL) untersucht. Der erste Teil der Arbeit widmet sich der Charakterisierung eines u...

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Schwalb, Christian
Beteiligte: Höfer, Ulrich (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2008
Physik
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Im Rahmen dieser Arbeit wird die Elektronendynamik an der PTCDA/Ag(111)-Grenzfläche mit Hilfe von zeit- und winkelaufgelöster Zweiphotonen-Photoemission (2PPE) sowie zeitaufgelöster Photolumineszenz-Spektroskopie (PL) untersucht. Der erste Teil der Arbeit widmet sich der Charakterisierung eines unbesetzten elektronischen Zustands, der sich durch die Adsorption der PTCDA-Moleküle 0.6 eV oberhalb der Fermienergie ausbildet, während der Shockley-Oberflächenzustand der sauberen Oberfläche verschwindet. Die Messungen können den Zustand klar als Grenzflächenzustand identifizieren, der zwischen der Metalloberfläche und der ersten Molekülschicht lokalisiert ist. Dispersionsmessungen ergeben eine effektive Masse von 0.39 m_e für den Zustand am Gamma-Punkt und zeigen ein Umklappen an den Zonengrenzen der rechteckigen PTCDA-Einheitszelle. Die zeitaufgelösten Messungen liefern mit t=54 fs eine überraschend kurze ebensdauer, welche ein klares Indiz für eine starke Kopplung des Zustands an das Metall darstellt. Erklärt werden kann dieses Verhalten durch eine Verschiebung des Shockley-Oberflächenzustands. Dieser für die saubere Ag(111)-Oberfläche normalerweise besetzte Zustand wird durch die hochpolarisierbaren PTCDA-Moleküle über das Fermi-Niveau verschoben und damit unbesetzt. Rechnungen mit einem eindimensionalen Modellpotential unterstützen diese Interpretation. Winkelabhängige Lebensdauermessungen in Abhängigkeit des Parallelimpulses zeigen eine Korrelation der Zerfallsdynamik des Grenzflächenzustands mit der gemessenen Bandstruktur. Die beobachtete Abnahme der Lebensdauer für größere Paralellimpulse ist dabei deutlich kleiner als für den reinen Shockley-Oberflächenzustand erwartet. Dieses Verhalten kann durch eine Hybridisierung des Shockley-Oberflächenzustands mit dem LUMO+1 der ersten Monolage für k||>>0 erklärt werden. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der intramolekularen Anregung an der PTCDA/Ag(111)-Grenzfläche, nach Anregung mit Laserpulsen der Energie 2.33 eV und 4.66 eV. Zeitabhängige Photolumineszenz-Messungen zeigen einen starken Anstieg in der PL-Lebensdauer mit zunehmender PTCDA-Bedeckung, die mit einer Zunahme der Kristallität der PTCDA-Filme interpretiert werden kann. In den 2PPE-Messungen kann nach Anregung mit 4.66 eV + 4.66 eV, durch Variation der Photonenenergie die energetische Lage des LUMO, des LUMO+1 und des HOMO der PTCDA-Multilage bestimmt werden. Über eine resonante Anregung mit 2.33 eV zeigt das LUMO eine stärkere Bindung, die mit der Ausbildung eines Exzitons mit einer Energie von 0.4 eV verbunden ist. In den zeitabhängigen 2PPE-Messungen beobachtet man nach Anregung mit 2.33 eV eine sehr lange Lebensdauer oberhalb der Fermienergie, die einen multiexponentiellen Zerfall aufweist. Systematische Messungen in Abhängigkeit der PTCDA-Schichtdicke bei 300 K und 85 K liefern einen starken Anstieg in der Lebensdauer mit einer Sättigung für Schichtdicken >100 ML, die durch Korrelation mit den PL-Messungen klar einer intramolekularen Anregung zugeordnet werden kann. Ein Modell, in dem die angeregten Elektronen über Hüpfprozesse zwischen den einzelnen PTCDA-Schichten zur PTCDA/Ag(111) Grenzfläche gelangen und dort ins Metall relaxieren konnten, lieferte eine gute qualitative Beschreibung des komplexen zeitabhängigen 2PPE-Signals.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2009.0073