Eristekalvoille adsorboituneiden orgaanisten molekyylien tunnelointimikroskopian mallintaminen

Abstract

Pyyhkäisytunnelointimikroskopia (STM) on monikäyttöisyytensä ja atomitason resoluutionsa vuoksi nykyaikaisen pintatieteen tärkeimpiä tutkimusmenetelmiä. STM-kuvat ovat riippuvaisia tarkasteltavan systeemin elektronirakenteesta, ja siksi niiden tulkinnassa tarvitaan laskennallista mallinnusta. STM:lla voidaan tutkia myös johtaville pinnoille kasvatettuja eristekalvoja sekä niille adsorboituja molekyylejä, joita voidaan hyödyntää molekyylielektroniikan komponentteina.Tässä työssä on sovellettu Greenin funktioihin TB-kannassa (Tight-Binding) perustuvaa laskentamenetelmää eristekalvoille adsorboituneiden molekyylien STM:n mallintamiseen. Työhön on kehitetty molekyyliorbitaalien ja tilatiheyksien projisoinnin mahdollistavat työkalut ja mallin elektronivuorovaikutuksia on muokattu tarkasteltaville systeemeille sopiviksi. Lisäysten ansiosta käytetyllä menetelmällä on mahdollista mallintaa STM:a Todorov-Pendry -formalismin lisäksi Tersoff-Hamann -formalismissa ja näin vertailla eri menetelmillä saatavia tuloksia.Tarkasteltavana koesysteeminä on käytetty Cu(lOO) -pinnalle muodostuvaa NaCI-kaksoiskerrosta, sekä sille adsorboituneita bentseeniä ja pentaseenia. Eri menetelmien STM-kuvien lisäksi on tutkittu adsorption vaikutusta molekyylin tiloihin ja tulkittu tuloksia laskettujen molekyyliorbitaalien avulla. Bentseenin ja pentaseenin lisäksi molekyyliorbitaalien projektiot on laskettu nitro- ja kloronitrobentseenille sekä tutkittu pentaseenin molekyyliorbitaalien osuutta pentaseenin ja yksittäisen kulta-atomin muodostamassa sidoksessa. Kulta ja pentaseeni sitoutuvat toisiinsa muodostaen SOMO-tilan, johon laskujen perusteella kontribuoivat sekä pentaseenin HOMO- että LUMO-tila. Laskennallisen keveytensä ja tunnelointivirran analyyttisen tarkastelun vuoksi käytetty TB-menetelmä on tehokas työkalu tämän kaltaisten systeemien mallintamiseen. Molekyyliorbitaalien projisoiminen mahdollistaa STM-kuvien tulkinnan ja adsorption vaikutusten tarkastelun.