Surface characterization of self-assembled brominated cyclophanes on Au(111)

In the new era of organic–metal interface devices, there is an ever-increasing interest from the surface physics community, and beyond, in all those systems involving the interaction between organic semiconductor films and metals; accordingly, the present work will follow the analysis of three distinct systems: 4,16-dibromocyclophane, 4,5,15,16-tetrabromocyclophane, and 4,7,12,15-tetrabromocyclophane on a gold substrate oriented along the (111) direction. The main objective of this thesis focuses on the characterization of the aforementioned systems, all three studied under the same reproducible conditions, occasionally attempting to identify common and distinct properties that may be attributed to their chemical composition or other factors. The analysis will be structured beginning with the system preparation process, including the substrate and the deposition of the molecular films; subsequently, the reader will be provided with an interpretative framework for the results obtained through spectroscopic techniques such as X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS), Ultraviolet Photoemission Spectroscopy (UPS), and Inverse Photoemission Spectroscopy (IPES). The characterization of morphology will be carried out using Low-Energy Electron Diffraction (LEED) and Scanning Tunneling Microscopy (STM). The results show the tendency of the molecules to remain intact during the adsorption process, primarily confirmed by stoichiometric studies. The three systems share a similar response to the system temperature: it is impossible to generate a film significantly thicker than a monolayer at room temperature, whereas this is achievable at lower temperatures. On the other hand, the analysis reveals a certain difference in behavior between the molecule with two bromine atoms and the other two, highlighting the presence of a possible chemical–physical interaction at this interface that does not develop in the other two systems.

Nella nuova era dei dispositivi elettronici ad interfaccia organico-metallo, si contestualizza un sempre crescente interesse da parte della comunità di fisica delle superfici e non solo per tutti quei sistemi con interazione tra film di semiconduttore organico e metallo. In accordo con quanto detto il lavoro qui presentato seguirà l’analisi di tre distinti sistemi formati: 4,16-dibromocyclophane, 4,5,15,16-tetrabromocyclophane e 4,7,12,15-tetrabromocyclophane su substrato di oro orientato lungo la direzione (111). L’obiettivo principale della tesi verte sulla caratterizzazione dei menzionati sistemi, tutti e tre nelle medesime riproducibili condizioni, tentando talora di individuare proprietà comuni e differenti riconducibili eventualmente alla loro composizione chimica o altro. L’analisi verrà strutturata partendo dal processo di preparazione del sistema e quindi substrato e deposizione dei film molecolari; successivamente si provvederà a fornire al lettore una chiave interpretativa dei risultati ottenuti attraverso tecniche di spettroscopia quali Fotoemissione a Raggi X (XPS), Fotoemissione a Raggi Ultravioletti (UPS) e Fotoemissione Inversa (IPES). La caratterizzazione della morfologia verrà compiuta attraverso le tecniche di Diffrazione con Elettroni a Bassa Energia (LEED) e Microscopia a Effetto Tunnel a Scansione (STM). I risultati mostrano la tendenza delle molecole a rimanere intatte durante il processo di assorbimento, principalmente confermato da studi di stechiometria. I tre sistemi condividono una affine risposta alla temperatura del sistema: risulta impossibile generare un film con spessore molto maggiore di un layer a temperatura ambiente; obiettivo invece raggiungibile a temperature più basse. D’altra parte, l’analisi mette in mostra una certa differenza nel comportamento tra la molecola con due bromo e le altre due, evidenziando la presenza di un possibile comportamento chimico-fisico a questa interfaccia che non si sviluppa negli altri due.