Investigation of intermolecular interaction in organic thin films by means of NEXAFS spectroscopy [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Florian Holch

Florian Holch

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• Physik

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• Publié par: julius-maximilians-universitat_wurzburg
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 22
• Langue: English
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Extrait

Investigation of Intermolecular
Interaction in organic thin films by
means of NEXAFS Spectroscopy
Dissertation zur Erlangung des
naturwissenschaftlichen Doktorgrades
der Julius–Maximilians Universität Würzburg
vorgelegt von
Florian Holch
aus Ulm
Würzburg, 2009Investigation of Intermolecular
Interaction in Organic Thin Films
by means of NEXAFS
Spectroscopy
Dissertation zur Erlangung des
naturwissenschaftlichen Doktorgrades
der Julius–Maximilians Universität Würzburg
vorgelegt von
Florian Holch
aus Ulm
Würzburg 2009Eingereicht am 20. Oktober 2009
bei der Fakultät für Physik und Astronomie
1. Gutachter: Prof. Dr. E. Umbach
2.hter: Prof. Dr. J. Pflaum
der Dissertation.
1. Prüfer: Prof. Dr. E. Umbach
2. Prof. Dr. J. Pflaum
3. Prüfer: PD Dr. R.F. Fink
im Promotionskolloquium.
Tag des Promotionskolloquiums: 18.12.2009
Doktorurkunde ausgehändigt am: ...Wenn dir ein Fels vom Herzen fällt,
so fällt er auf den Fuß dir prompt!
So ist es nun mal auf der Welt:
ein Kummer geht, ein Kummer kommt...
Heinz ErhardtContents
Zusammenfassung 1
Summary 3
1 Introduction 5
2 Theoretical Basis 7
2.1 Basics on Organic Molecular Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 Optical Spectroscopies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.2 PES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 NEXAFS Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Franck–Condon Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 Special aspects in gas phase NEXAFS . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5 NEXAFS Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6 Theoretical models to explain the experimental findings . . . . . . . 24
2.6.1 Coupling wave functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6.2 Excitonic coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Gas Phase — Experimental 30
3.1 Beamline Set Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2 Gas Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.1 Heating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3 Flux & Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4 Self Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.5 Data Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6 Other Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.7 Suggested Improvements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4 Data Evaluation 42
4.1 Normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5 Results 46
iContents
5.1 Alq . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
5.2 BTCDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.2.1 BTCDA O–K edge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.2.2A C–K edge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.2.3 FC fit analysis of BTCDA C–K edge . . . . . . . . . . . . . 59
5.2.4 Summary of BTCDA results . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3 NTCDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.1 NTCDA O–K edge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.2A C–K edge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.3.3 FC fit analysis of NTCDA C–K edge . . . . . . . . . . . . . 72
5.3.4 Summary of NTCDA results . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.4 PTCDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.4.1 PTCDA O–K edge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.4.2A C–K edge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.4.3 FC fit analysis of PTCDA C–K edge . . . . . . . . . . . . . 84
5.4.4 Comparison with UPS investigation . . . . . . . . . . . . . . 86
5.4.5 Summary of PTCDA results . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.5 Discussion for Dianhydrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.5.1 Wrap–up of results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.5.2 Models for interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.5.3 Summary of dianhydrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.6 Vibrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6 Concluding Discussion 103
A Acronyms 105
B Additional Results 107
B.1 NDCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
B.2 FC–fit results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
B.3 BTCDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
B.4 NTCDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
C Molecular Orbitals 117
C.1 BTCDA Orbitals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
C.2 NTCDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
C.3 PTCDA orbitals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
D Additional Calculations 127
D.1 Additional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
D.2 Z+1 calculations for NTCDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
D.2.1 Effect of nearest neighbours . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
ii