Observing cooperative behavior with molecular surface structures

Leitthema dieser Arbeit ist das Wechselspiel adsorbierter Moleküle untereinander sowie mit der Oberfläche im Ultrahochvakuum (UHV). Kapitel 3 behandelt die molekulare Erkennung durch Wasserstoffbrücken (H-Brücken). Aufbauend auf einem in Supramolekularer Chemie bekannten H-Brückenmotiv wird die Selbstorganisation dreier Moleküle auf Ag(111) untersucht. In weiteren Experimenten, die sich auf eines dieser Moleküle konzentrieren, wird die durch Wärmezufuhr verursachte Umformung eines porösen Netzwerks in ein dichtgepacktes Netzwerk beobachtet. Untersuchungen mittels Rastertunnelmikroskopie (STM) und Beugung langsamer Elektronen (LEED) zeigen, dass beide Oberflächenstrukturen wohlgeordnet und kommensurabel zum Ag-Substrat sind. Dabei ist der Übergang zur dichtgepackten Struktur durch eine Änderung der Molekülkonformation gekennzeichnet, die in Lösung nicht beobachtet wird. Kapitel 4 widmet sich Untersuchungen des Perylenderivats 1,3,8,10-Tetraazaperopyren (TAPP) auf Cu(111). TAPP zeichnet sich durch Bildung verschiedener Oberflächenstrukturen aus, die durch unterschiedliche Wechselwirkungen zwischen den Molekülen charakterisiert sind. Oberflächenstrukturen, die durch schwache van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen ausgebildet werden, werden bei Wärmezufuhr durch ein wohlgeordnetes, zum Cu-Substrat kommensurables poröses Netzwerk abgelöst, dessen Molekül-Molekül-Wechselwirkung auf der Koordination freier Cu-Adatome zu den N-Atomen des TAPP basiert. Bei weiterer Wärmezufuhr bilden über kovalente C-C-Bindungen verknüpfte TAPP-Moleküle Ketten. Röntgenphotoemissionsspektroskopische Untersuchungen (XPS) und dichtefunktionaltheoretische Rechnungen (DFT) weisen auch bei den Ketten auf eine Koordination zu Cu-Adatomen hin. Erste Versuche, die Polymerisation im UHV auf zwei Dimensionen auszudehnen, deuten an, dass die fehlende Selbstkorrektur, die reversiblen Wechselwirkungen zu eigen ist, hier der Ausbildung wohlgeordneter Oberflächenstrukturen entgegenwirkt. Die Wechselwirkung eines wohlgeordneten, porösen Netzwerks mit der Oberfläche ist Gegenstand von Kapitel 5. Dabei zeichnet sich das vom Perylenderivat 4,9-Diaminoperylen-chinon-3,10-diimin (DPDI) auf Cu(111) gebildete und auf H-Brücken basierende Netzwerk durch eine für diese Bindungsklasse ungewöhnlich hohe Stabilität aus. Insbesondere die durch spektroskopische Untersuchungen mittels stehender Röntgenwellenfelder (XSW) ermittelte Adsorptionshöhe der Moleküle spricht gegen eine starke Wechselwirkung zwischen Perylenkern und Cu-Oberfläche. Zur Erklärung der Stabilität wird darum angenommen, dass zusätzlich Cu-Adatome mit den N-Atomen der Moleküle wechselwirken. Darüber hinaus zeigen rastertunnel- (STS) und winkelaufgelöste photoelektronen-spektroskopische (ARPES) Untersuchungen, dass die periodische Störung des Cu(111)-Oberflächenzustandes zur Bildung eines (elektronischen) Energiebandes führt.