Die „Vielseitigkeit“ organischer Moleküle
Die Ionisierungsenergie in dünnen geordneten Schichten aus Molekülen hängt von der Orientierung der Moleküle in der Schichtoberfläche ab
Diese Beobachtung steht im Gegensatz zu einzelnen, voneinander isolierten Molekülen, die eine feste Ionisierungsenergie haben. Für diese Orientierungsabhängigkeit hat nun die Arbeitsgruppe um Norbert Koch und Jürgen P. Rabe von der Humboldt-Universität zu Berlin einen neuen Erklärungsansatz gefunden. Gemeinsam mit Robert L. Johnson von der Universität Hamburg und Antje Vollmer von BESSY führten sie dazu XPS- bzw. UPS-Messungen bei BESSY und am HASYLAB an Schichtsystemen aus stäbchenförmigen organischen Molekülen durch, die liegend oder stehend auf das Substrat gebracht wurden.
Die Messergebnisse sowie Modellierungen und Berechnungen aus der Dichtefunktionaltheorie zeigten, dass die "Elektronenwolken" der oberflächennahen Moleküle einen für die Molekülschicht charakteristischen Oberflächendipol bilden. Ein Elektron aus dem Innern der Schicht muss diese zusätzliche Energiestufe überwinden, um aus der Schicht auszutreten. Die Größe dieses Oberflächendipols hängt von der Anordnung der Moleküle an der Oberfläche ab. Die Abbildung zeigt die berechneten Oberflächenpotentiale für einen Modellkristall aus 42 stäbchenförmigen organischen Molekülen. Im Fall a) verläßt ein Elektron den Kristall über eine Oberfläche mit senkrechter Orientierung der Moleküle, im Fall b) mit horizontaler Orientierung.
Da die Orientierung der Moleküle durch eine Oberflächenmodifizierung der Substrate eingestellt werden kann, können die Forscher nun aufgrund dieser Ergebnisse Designrichtlinien für optimierte Moleküle und Grenzflächen in der organischen Elektronik zu formulieren. Z.B. lässt sich so am Übergang von einem elektrischen Kontakt zu einer aktiven organischen Schicht ein möglichst kleiner Energieunterschied einstellen und dadurch die Betriebsspannung in dem Bauteil minimieren.
Mehr dazu in der Originalveröffentlichung
"Orientation-dependent ionization energies and interface dipoles in ordered molecular assemblies", in der Fachzeitschrift "Nature Materials".
