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Kontrolle über Ladungstransfer an Grenzflächen

Montag, 28.09.2020

Forscher der Universität Graz zeigen, dass der Ladungstransfer in organische Moleküle via Tunneln durch ultradünne dielektrische Schichten präzise kontrolliert werden kann.

Ultradünne dielektrische Schichten sind in vielen Technologien, von der Katalyse bis zur organischen Elektronik, anzutreffen. Ihre Anwesenheit (ob gewollt oder ungewollt) kann die chemischen und elektronischen Eigenschaften eines Materials entscheidend beeinflussen. So konnte zum Beispiel gezeigt werden, dass ultradünne dielektrische Deckschichten auf Metallen deren Austrittsarbeit so stark verringern können, dass Ladungstransfer über Elektronentunneln in adsorbierte Atome oder Moleküle möglich wird, wodurch die Oberflächenreaktivität, die magnetischen Eigenschaften von Atomen und Molekülen, oder die Ladungsinjektion an den Kontakten von elektronischen Bauteilen stark beeinflusst werden kann. Ob der Ladungstransfer in ganzzahligen Einheiten der Elektronenladung stattfindet oder nicht, und wie genau die Equilibration des Potentials an sochen Grenzflächen stattfindet, war lange Zeit Gegenstand von Debatten und experiementell schwer zu ergründen.


In einer kürzlich erschienenen Publikation (link: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admi.202000592) konnte ein Team des Instituts für Physik um Michael G. Ramsey, Martin Sterrer und Peter Puschnig durch eine kombinierte experimentelle und rechnergestützte Arbeit an einem Modellsystem (ultradünne MgO-Filme auf Ag(100) mit adsorbierten Pentacene-Molekülen) zeigen, dass der Ladungstransfer und die Potentialequilibration durch das Vorhandensein von einfach geladenen und ungeladenen Pentacen-Molekülen bestimmt wird. Darüber hinaus konnten sie demonstrieren, dass das Verhältnis von geladenen und ungeladenen Molekülen durch tunen der Austrittsarbeit bzw. der Dicke der dielektrischen Schicht sehr präzise kontrolliert werden kann. Das in dieser Arbeit gewonnene Verständnis von organisch/anorganischen Hybridsystemen ebnet den Pfad für die kontrollierte Steuerung der chemischen und elektronischen Eigenschaften von solchen Systemen.

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