@phdthesis{Pollinger2008,
  author    = {Pollinger, Florian},
  title     = {Surface stress and large-scale self-organization at organic-metal interfaces},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-33310},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Anhand von Modellsystemen wurde in dieser Arbeit die Bedeutung elastischer Wechselwirkungen an Organik-Metall Grenzfl{\"a}chen, insbesondere f{\"u}r die Selbstorganisierte Ausbildung periodisch facettierter Strukturen, untersucht. Die {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung w{\"a}hrend der Ausbildung der Grenzfl{\"a}che zwischen 3,4,9,10-Perylentetracarbons{\"a}uredianhydrid (PTCDA) und Ag(111) wurde mit der Biegekristalltechnik gemessen. Es ist bekannt, dass dieses System durch eine chemisorptive Bindung bestimmt wird. In der Tat stimmen Vorzeichen und Bedeckungsabh{\"a}ngigkeit mit Vorhersagen und Experimenten aus der Literatur zu chemisorptiv bestimmten Grenzfl{\"a}chen {\"u}berein. W{\"a}hrend der Einbau von Molek{\"u}len in große Dom{\"a}nen die Oberfl{\"a}chenspannung verringert, f{\"u}hrt das Auftreten von fehlerhaften Dom{\"a}nengrenzen zu einer Erh{\"o}hung der Oberfl{\"a}chenspannung. Die absolute {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung in der H{\"o}he von (0.30 +- 0.10) N/m ist in der relativ schwachen Wechselwirkung des PTCDA Molek{\"u}ls mit einem einzelnen Silberatom begr{\"u}ndet. Es soll jedoch betont werden, dass dieser Wert einer Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung von (2.2 +- 0.2) eV pro Molek{\"u}l entspricht, die damit in derselben Gr{\"o}ßenordnung wie die vermutete Bindungsenergie des Systems liegt. Daher zeigen diese Experimente, dass elastische Wechselwirkungen eine nicht zu vernachl{\"a}ssigende Rolle in dieser ganzen Materialklasse spielen k{\"o}nnen. Dadurch tragen die Experimente eine neue Sichtweise zum Verst{\"a}ndnis dieser Grenzfl{\"a}chen bei. Ferner etablieren sie die Biegekristalltechnik auf dem ganzen Feld der Organik-Metall Grenzfl{\"a}chen, da die Ergebnisse in Einklang mit den wohlbekannten Eigenschaften des Systems liegen. Schon der Nachweis einer Durchbiegung der Probe ist speziell f{\"u}r die Grenzfl{\"a}che PTCDA/Ag(111) von Bedeutung. Dieser Effekt ist der erste experimentelle Nachweis einer strukturellen {\"A}nderung in den obersten Substratatomlagen w{\"a}hrend der Adsorption von PTCDA auf Ag(111). Da eine solche Modifikation nicht zu vernachl{\"a}ssigende Konsequenzen f{\"u}r die Interpretation anderer experimenteller Ergebnisse hat, erscheinen weitere Studien mit anderen, quantitativeren strukturellen Methoden notwendig. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag jedoch auf der Untersuchung der Ausbildung der langreichweitigen, selbstorganisierten Ordnung der facettierten PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che. Der reziproke Raum dieser Grenzfl{\"a}che wurde sowohl mit mittelnder hochaufl{\"o}sender Elektronenbeugung (SPA-LEED) als auch mit lokaler Elektronenbeugung in der Mikroskopie niederenergetischer Elektronen (LEEM) kartiert. Außerdem wurden diese reziproken Daten durch mikroskopische LEEM Realraumdaten komplement{\"a}r erg{\"a}nzt um die Morphologie der Grenzfl{\"a}che zu charakterisieren. F{\"u}r die gew{\"a}hlte Pr{\"a}parationsart, Adsorption der Molek{\"u}le auf das 550 K warme Substrat, wurden sechs verschiedene Facettentypen ((111), (532), (743),(954), (13 9 5) und (542)) beobachtet. Diese Facettentypen treten in homogenen, mikrometergroßen Gebieten auf der Oberfl{\"a}che auf, wie Dunkelfeld-LEEM Aufnahmen zeigen. Wenn jedoch die urspr{\"u}ngliche mesoskopische Orientierung der Oberfl{\"a}che lokal von der Durchschnittsorientierung z.B. in Bezug auf die urspr{\"u}ngliche Stufendichte abweicht, werden an dieser Stelle andere Facettentypen gebildet und damit das ansonsten regelm{\"a}ßige Muster gest{\"o}rt. Sowohl der Grad der erreichten Ordnung der facettierten Grenzfl{\"a}che als auch die gebildeten Facettentypen h{\"a}ngen somit stark von der urspr{\"u}nglichen mesoskopischen Morphologie des sauberen Substrates ab. Um das Verst{\"a}ndnis der kinetischen Prozesse zu verbessern wurde die Temperaturabh{\"a}ngigkeit der Ausbildung der Grenzfl{\"a}che in einem Temperaturbereich zwischen 418 K und 612 K untersucht. Bei niedrigen Wachstumstemperaturen traten zus{\"a}tzliche, steilere Facetten mit einem Neigungswinkel von 27° gegen{\"u}ber der (111) Fl{\"a}che auf. Weiterhin wurde mit facetten-sensitivem Dunkelfeld-LEEM die Gr{\"o}ßen- sowie die r{\"a}umliche Verteilung ausgew{\"a}hlter Facettentypen bei den verschiedenen Temperaturen untersucht. Die Nukleationsdichte der Facetten zeigte dabei keine Temperaturabh{\"a}ngigkeit. Eine Diffusionslimitierung der Nukleation kann daher ausgeschlossen werden. Dar{\"u}ber hinaus wurden die Ausmaße der Facetten statistisch ausgewertet. Die absolute Facettengr{\"o}ße folgt einer exponentiellen Verteilung, was auf ein zufallsgetriebenes Wachstum und das Fehlen einer Wechselwirkung der Facetten untereinander hinweist. W{\"a}hrend die Facettenl{\"a}ngen ebenso einer exponentiellen Verteilung unterliegen, ist die Breitenverteilung durch ein Maximum ausgezeichnet. Letztere Verteilung spiegelt den hohen Grad an lateraler Ordnung in dem System wieder. Diese Anisotropie h{\"a}ngt von der Temperatur ab und kann bei Substrattemperaturen {\"u}ber 478 K w{\"a}hrend des Wachstums beobachtet werden. Die Existenz eines Maximums in einer solchen Gr{\"o}ßenverteilung weist auf eine langreichweitige Wechselwirkung hin, die die strukturelle Ordnung induziert. Die Natur dieser langreichweitigen Wechselwirkung wurde mit drei komplement{\"a}ren in-situ Methoden untersucht, wobei jeweils neue Einblicke in die Ausbildung von facettierten Organik-Metall-Grenzfl{\"a}chen gewonnen werden konnten: Die Biegekristalltechnik, hochaufl{\"o}sende Beugung niederenergetischer Elektronen (SPALEED), sowie deren Mikroskopie (LEEM). Die Biegekristalltechnik wurde das erste Mal {\"u}berhaupt auf ein facettierendes System angewendet. Unterhalb der kritischen Temperatur des Facettierungs{\"u}berganges {\"a}hnelt die Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung w{\"a}hrend der Bildung der PTCDA/Ag(10 8 7)-Grenzfl{\"a}chenbildung sowohl in funktionaler Abh{\"a}ngigkeit als auch in der Gr{\"o}ßenordnung der f{\"u}r die Referenzgrenzfl{\"a}che PTCDA/Ag(111) beobachteten. Oberhalb der {\"U}bergangstemperatur beobachtet man jedoch f{\"u}r die ausfacettierte PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che mit (0.67 +- 0.10) N/m eine bedeutend gr{\"o}ßere Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung als in den vorherigen F{\"a}llen. Zudem {\"a}ndert sich die Oberfl{\"a}chenspannung in klar unterscheidbaren Schritten mit einer eindeutig aufl{\"o}sbaren Feinstruktur aus positiven und negativen Spannungs{\"a}nderungen. Diese einzelnen Phasen in der {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung k{\"o}nnen Stufen in der Entwicklung der Struktur{\"u}berganges dieses Systems zugeordnet werden, die mit den strukturellen Charakterisierungsmethoden beobachtet wurden. Durch diese Identifikation werden morphologischen Objekten, also den Facetten, ein eigener besonderer Spannungscharakter zugeordnet. Somit werden aber auch Spannungsdom{\"a}nen auf der Oberfl{\"a}che identifiziert. Die Existenz dieser Spannungsdom{\"a}nen ist nun aber die Vorraussetzung f{\"u}r die Anwendung von elastizit{\"a}tsbasierten Kontinuumsbeschreibungen des Selbstordnungseffektes. Daher stellen diese Ergebnisse den ersten experimentellen Nachweis dar, dass diese Kontinuumsbeschreibungen der Selbstorganisation tats{\"a}chlich auch auf die gesamte Materialklasse der facettierenden Organik-Metall-Grenzfl{\"a}chen angewendet werden k{\"o}nnen. Zusammengefasst sind diese Ergebnisse starke Beweise daf{\"u}r, dass elastische Wechselwirkungen der physikalische Ursprung der langreichweitigen Ordnung dieses Systems sind. Weiterhin legt die eindeutige Korrelation zwischen strukturellem Phasen{\"u}bergang und Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung auch nahe, dass letzterer ebenso eine wichtige Rolle in der Kinetik des Systems spielt. Tats{\"a}chlich scheint das System zu versuchen die Gesamt{\"a}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung w{\"a}hrend der Grenzfl{\"a}chenbildung durch die Bildung von Facettentypen positiven und negativen Charakters zu begrenzen. Daher k{\"o}nnte die Art ihres Beitrags zur Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung dar{\"u}ber entscheiden, ob eine bestimmte Facettenorientierung gebildet wird oder nicht. Auch scheint das System sich bei hohen Bedeckungen unter anderem deshalb erneut umzufacettieren um der Bildung von fehlerhaften Dom{\"a}nengrenzen entgegenzuwirken, die mit einem Anstieg der Oberfl{\"a}chenspannung verbunden w{\"a}ren. Schließlich wurde im Rahmen dieser Arbeit noch das templatunterst{\"u}tzte Wachstum lateraler, heteroorganischer Nanostrukturen untersucht. Dabei wurde ein zweites, typisches molekulares Modellsystem, sogenannte "Selbstassemblierte Monolagen", auf der teilbedeckten PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che aufgewachsen. Mit Standardmethoden der Oberfl{\"a}chencharakterisierung konnte nachgewiesen werden, dass die grundlegenden Eigenschaften dieses Wachstumsprinzips im Experiment in der Tat erreicht werden.},
  subject      = {Selbstorganisation},
  language  = {en}
}
@article{PollingerSchmittSanderetal.2017,
  author    = {Pollinger, Florian and Schmitt, Stefan and Sander, Dirk and Tian, Zhen and Kirschner, J{\"u}rgen and Vrdoljak, Pavo and Stadler, Christoph and Maier, Florian and Marchetto, Helder and Schmidt, Thomas and Sch{\"o}ll, Achim and Umbach, Eberhard},
  title     = {Nanoscale patterning, macroscopic reconstruction, and enhanced surface stress by organic adsorption on vicinal surfaces},
  series = {New Journal of Physics},
  volume    = {19},
  journal   = {New Journal of Physics},
  doi       = {10.1088/1367-2630/aa55b8},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-171947},
  year      = {2017},
  abstract  = {Self-organization is a promising method within the framework of bottom-up architectures to generate nanostructures in an efficient way. The present work demonstrates that self- organization on the length scale of a few to several tens of nanometers can be achieved by a proper combination of a large (organic) molecule and a vicinal metal surface if the local bonding of the molecule on steps is significantly stronger than that on low-index surfaces. In this case thermal annealing may lead to large mass transport of the subjacent substrate atoms such that nanometer-wide and micrometer-long molecular stripes or other patterns are being formed on high-index planes. The formation of these patterns can be controlled by the initial surface orientation and adsorbate coverage. The patterns arrange self-organized in regular arrays by repulsive mechanical interactions over long distances accompanied by a significant enhancement of surface stress. We demonstrate this effect using the planar organic molecule PTCDA as adsorbate and Ag(10 8 7) and Ag(775)surfaces as substrate. The patterns are directly observed by STM, the formation of vicinal surfaces is monitored by highresolution electron diffraction, the microscopic surface morphology changes are followed by spectromicroscopy, and the macroscopic changes of surface stress are measured by a cantilever bending method. The in situ combination of these complementary techniques provides compelling evidence for elastic interaction and a significant stress contribution to long-range order and nanopattern formation.},
  language  = {en}
}