Diffusion von Dithiol-Molekülen auf Goldoberflächen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Organische Moleküle, chemisorbiert auf Oberflächen, finden derzeit großes Interesse, etwa im Hinblick auf die Funktionalisierung von Oberflächen oder molekulare Elektronik. Die kovalente Bindung organischer Moleküle über Schwefelatome an Gold-Substrate spielt eine bedeutsame Rolle. Ein atomistisches Bild der Diffusion von mehrfach über Bindungen an die Substratoberfläche verankerten Molekülen ist eine wesentliche Voraussetzung für das Verständnis der Bildung selbstassemblierter Monolagen. Als Modellsystem eines Moleküls, welches mit zwei kovalenten Schwefel-Gold-Bindungen an die Substratoberfläche bindet, wurde das 1,4-Butandithiol-Molekül nach Abspaltung von H 2 (BDTR), adsorbiert auf den unrekonstruierten Au(100) und Au(111)-Oberflächen, untersucht. Chemisorptionskonfigurationen und -energien sowie die Pfade der Diffusion und die zugeordneten Übergangszustände sowie Energiebarrieren wurden mittels Dichtefunktional-Gesamtenergierechnungen und der nudged elastic band-Methode mit climbing image bestimmt. Es ergibt sich eine Vielfalt von elementaren Diffusionsschritten, welche im Fall von BDTR/Au(100) durch Aufstellen und Integration einer Master-Gleichung zu einem Gesamtbild der Diffusionsdynamik auf längeren Zeitskalen zusammengesetzt worden sind. Über die Variation des Dipolmoments des adsorbierten Moleküls wird ein, allerdings nur semiquantitativer, Hinweis auf die Potentialabhängigkeit der Barrieren im Fall der Diffusion an Grenzflächen gegen Elektrolyte abgeleitet. Abhängig davon, ob die Energiebarrieren für rotations- oder für translationsartige Bewegungen größer sind, laufen die betreffenden Prozesse mit unterschiedlichen Raten ab. Ist die Translation schnell, so werden aufeinanderfolgende Diffusionsereignisse infolge der Ausrichtung des Moleküls bezüglich ihrer Richtung korreliert sein.Weiterhin wurden in dem Projekt Diffusionpfade und Energiebarrieren von SCH3 auf Au(100) und Au(111) berechnet und mit der Diffusion des BDTR auf Au(100) verglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik der DPG 2007. O17.35 Adsorption and Diffusion of CH3-S on Au(111)
A. Franke, E. Pehlke
- Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik der DPG 2008. O18.30 Methanethiolate diffusion on Au(100) and Au(111)
A. Franke, E. Pehlke
- Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik der DPG 2009. O42.60 Diffusion of 1,4-butanedithiol on unreconstructed Au(111)
A. Franke, E. Pehlke
- Phys. Rev. B 79, 235441 (2009). Adsorption and diffusion of SCH3 radicals and Au(SCH3)2 complexes on the unreconstructed Au(111) surface in the submonolayer coverage regime
A. Franke, E. Pehlke
- Frühjahrstagung des Arbeitskreises Feskörperphysik der DPG 2010. O59.89 Diffusion of 1,4-butanedithiol radicals on Au(111) and Au(100): A DFT-based comparison
A. Franke, E. Pehlke
- Phys. Rev. B. 81, 075409 (2010). First principles study of 1,4-butanedithiol molecules and radicals adsorbed on unreconstructed Au(111) and Au(100)
A. Franke, E. Pehlke
