@phdthesis{Haeming2010,
  author    = {H{\"a}ming, Marc},
  title     = {Electronic Many-Body Effects in organic Thin-Films and Interfaces},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-55494},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {The results of this thesis contribute to the understanding of the electronic properties of organic thin-films and interfaces. It is demonstrated that photoemission spectroscopy is very useful for studying surfaces and interfaces. Additionally it is shown, that many-body effects can be relevant for organic thin films, in particular at interfaces with strong interaction. These effects can have general implications for the material properties. In the first part of this thesis a systematic series of polyacene molecules is investigated with NEXAFS spectroscopy. The comparison of the data with core level and IPES data indicates that core excitations and core excitons need to be understood as many-body excitations. This finding implies for example that a high exciton binding energy is not necessarily associated with strong localization of the excited electron at the hole. As these effects apply also for valence excitons they can be relevant for the separation of charges and for the electron-hole recombination at interfaces. In the next chapter some fundamental effects in organic multilayer films and at organic-metal interfaces are studied with core level and NEXAFS spectroscopy. In this context a series of selected molecules is investigated, namely BTCDA, BTCDI, PTCDA and PTCDI. It is shown that in case of strong interface interaction a density of adsorbate-substrate states is formed which can lead to significant charge transfer satellites in the PES and NEXAFS spectra, similar to what is known for transition metal compounds. Moreover, it is demonstrated that the data can be modeled qualitatively by a basic approach which fuses the single impurity Anderson model with the description of charge transfer satellites by Sawatzky et al. This approach, which is equivalent to that of Gunnarsson and Sch{\"o}nhammer, allows even a relatively simple semi-quantitative analysis of the experimental data. The comparison of different adsorbate layers indicates that these many-body effects are particularly strong in case of partial occupation of the LUMO derived DOS. In the third part an organic multilayer film (SnPc), an organic-metal interface with strong coupling (SnPc/Ag) and an organic-organic interface (SnPc/PTCDA/Ag) are studied exemplarily with resonant Auger spectroscopy. The comparison of the data gives evidence for the contribution of many-body effects to the autoionization spectra. Furthermore, it is found that the electron-vibration coupling and the substrate-adsorbate charge transfer occurs on the time scale of the core hole life time. Moreover, the interaction at the organic-organic interface is weak, comparable to the intermolecular interaction in the multilayer films, despite a considerable rigid level shift for the SnPc layer. Furthermore, weak but significant electron-electron correlation is found for the molecular frontier orbitals, which are important for the substrate-adsorbate charge transfer. Therefore, these strongly coupled adsorbate films are briefly discussed within the context of the Hubbard model in the last part of this thesis. From the data derived in this work it can be estimated that such monolayer films are in the regime of medium correlations. Consequently one can expect for these adsorbate films properties which are related to the extraordinary behavior of strongly correlated materials, for which Mott metal-insulator transitions, sophisticated magnetic properties and superconductivity can be observed. Additionally some results from the investigation of alkyl/Si self-assembled monolayers are briefly discussed in the appendix. It is demonstrated exemplarily for the alkyl chains that the electronic band structure of short, finitely repeating units can be well modeled by a comparatively simple quantum well approach. In principle this approach can also be applied to higher dimensional systems, which makes it very useful for the description of E(k) relations in the regime of repeating units of intermediate length. Furthermore, the photoelectron and NEXAFS spectra indicate strong interaction at the alkyl/Si interface. It was found that the interface states can be modified by moderate x-ray irradiation, which changes the properties for charge transport through the SAM.},
  subject      = {Organischer Stoff},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kriegisch2005,
  author    = {Kriegisch, Volker},
  title     = {Electron transfer processes between organic redox centres and electrodes via active bridges in self-assembled monolayers},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15892},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Cyclovoltammetrische Messungen der Ferrocenalkylthiole 1 - 3 belegen, dass homogene, gemischte Monolagen aus redoxaktiven Verbindungen und redoxinaktiven Alkylthiolen gebildet werden. Die von Creager et al. bestimmten ET Raten der Ferrocenalkylthiole 1 - 3 konnten hierbei verifiziert werden. Wie erwartet erfolgt eine Abnahme der ET Geschwindigkeit bei einer Kettenverl{\"a}ngerung des Alkylspacers von 2 nach 3. Eine unterschiedliche Konnektivit{\"a}t zwischen Redoxzentrum und Alkylspacer, z. B. die Einf{\"u}hrung einer Carbonyl-Funktion im Falle von 1, unter Beibehaltung der Kettenl{\"a}nge zeigt keinen bemerkbaren Einfluß auf den ET. Trotzt vergleichbaren Abstands der aromatischen Ferrocenthiole 4 und 5 zu der C8-Alkyl-Verbindung 2 zwischen Redoxzentrum und Elektrode, weisen diese aufgrund ihrer starken Konjugation sehr hohe ET Geschwindigkeiten auf. Die elektronischen Kopplungsfaktoren selbst deuten auf einen nichtadiabtischen ET zwischen Redoxzentrum und Elektrode hin. Wie erwartet kommt es zu einem Anwachsen der Kopplungsfaktoren bei sich verk{\"u}rzender Kettenl{\"a}nge oder bei Einf{\"u}hrung konjugierter Spacersysteme. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Erfahrungen hinsichtlich der Pr{\"a}paration der Monolagen gesammelt, die gemessenen ET Raten f{\"u}r der literaturbekannten Verbindungen 1 - 3 best{\"a}tigt und diese Informationen auf die konjugierten Verbindungen 4 und 5 angewandt werden konnten. Im zweiten Teil wurden die Triarylamin- (29, 32) und Phenothiazinalkylthiole (35) bez{\"u}glich ihres ET Verhaltens in gemischten Monolagen untersucht. Mittels Cyclovoltammetrie konnte gezeigt werden, daß einheitlich geformte, verd{\"u}nnte Monolagen vorliegen. Die ET Raten der Triarylamin- (29, 32) und Phenithiazinalkylthiole (35) sind jedoch um den Faktor 10 bis 100 h{\"o}her als vergleichbare Ferrocenalkylthiole gleicher Kettenl{\"a}nge [1, 2], wohingegen f{\"u}r Monolagen, welche [Ru(bpy)2(pp)]+-Alkythiole enthalten, {\"a}quivalente Werte gefunden wurden [3]. Die ET Geschwindigkeit wird von zwei Parametern beeinflusst: dem elektronischen Kopplungsmatrixelement und der Regorganisationsenergie \&\#61548;\&\#61472; [4]. Die ET Geschwindigkeit in Donor-substituierten Alkylthiolen wird haupts{\"a}chlich durch \&\#61548; beeinflusst und sogar kleine {\"A}nderungen dieser zeigen eine große Auswirkung auf die zu untersuchenden Prozesse. Aus diesem Grund wird eine Zunahme der ET Geschwindigkeit von Ferrocen (hohe Reorganisationsenergie) {\"u}ber die Phenothiazinverbindung 35 und [Ru(bpy)2(pp)]+ zu den Triarylaminchromophoren 29 und 32 (niedrige Reorganisationsenergie) beobachtet. Weiterhin spielt, im Gegensatz zu Beobachtung von Creager et al. an {\"a}quivalenten Ferrocenverbingungen, die Anbindung des Redoxzentrums an den Alkylspacer eine bedeutende Rolle. Im Falle der elektronenreichen Ether-verbr{\"u}ckten Verbindung 29 wird der ET nicht alleine durch \&\#61548;, sondern ebenso durch mesomere Effekte bestimmt. Bei 29 kommt es durch Lokalisation der positiven Ladung nahe der Ether Funktion formal zu einer Kettenverk{\"u}rzung um eine „Methyleneinheit", welche schließlich in h{\"o}heren ET Geschwindigkeiten resultiert. Im dritten Teil dieser Dissertation wurde ein Serie „molekularer Dr{\"a}hte" bestehend aus Methoxy- oder Chlorid-substituierten Triarylamin- und Phenothiazinverbindungen mit unterschiedlichen Br{\"u}ckeneinheiten und Br{\"u}ckenl{\"a}ngen zwischen Redoxzentrum und Ankerfunktion dargestellt und im Hinblick auf ihr ET Verhalten untersucht. Durch cyclovoltammetrische und UV/Vis-spektroskopische Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass sowohl die Oxidationspotentiale als auch die energetischen Zust{\"a}nde der Chromophore recht gut durch Einf{\"u}hrung unterschiedlicher Redoxzentren und Br{\"u}ckeneinheiten beeinflusst werden k{\"o}nnen. Trotz erfolgreicher Kontrolle der Dichte der Chromophoreinheiten in den gemischten Monolagen konnte nur f{\"u}r die Verbindungen 49, 52 und 87 mit Nitril-substituierten Br{\"u}ckeneinheiten verl{\"a}ssliche ET Geschwindigkeiten erhalten werden. Bei diesen Chromphoren ist ein Absinken der ET Geschwindigkeit bei zunehmender Dichte der redoxaktiven Molek{\"u}le in den gemischten Monolagen zu beobachten, welche auf eine {\"A}nderung der Adsorptionsgeometrie hindeutet. Bei zunehmender Packungsdichte der Chromophore f{\"u}hrt dies zu einer aufrechteren Stellung der redoxaktiven Spezies. F{\"u}r alle anderen Verbindungen konnten keine Werte aufgrund der zu schnellen ET Geschwindigkeiten ermittelt werden. Konformelle, wie auch die sehr geringe Abstandsabh{\"a}ngigkeit des ET, resultieren in hohen ET Geschwindigkeiten oder auch ung{\"u}nstige HOMO-LUMO Energien bez{\"u}glich des Donors, der Br{\"u}cke und der Elektrode sind Gr{\"u}nde f{\"u}r dieses Verhalten. Die Tatsache, dass Verbindung 49 und 52 beinahe die gleichen Geschwindigkeitskonstanten des ETs unabh{\"a}ngig von der Anzahl der Br{\"u}ckeneinheiten (n = 2, n = 3) besitzen, deutet darauf hin, dass ein Hopping-Prozess stattfindet, bei welchem eine geringere L{\"a}ngenabh{\"a}ngigkeit des ETs als bei eine Superexchange-Mechanismus zu erwarten ist.},
  subject      = {Monoschicht},
  language  = {en}
}