Controlling the electronic and physical coupling on dielectric thin films

Abstract

Ultrathin dielectric/insulating films on metals are often used as decoupling layers to allow for the study of the electronic properties of adsorbed molecules without electronic interference from the underlying metal substrate. However, the presence of such decoupling layers may effectively change the electron donating properties of the substrate, for example, by lowering its work function and thus enhancing the charging of the molecular adsorbate layer through electron tunneling. Here, an experimental study of the charging of para-sexiphenyl (6P) on ultrathin MgO(100) films supported on Ag(100) is reported. By deliberately changing the work function of the MgO(100)/Ag(100) system, it is shown that the charge transfer (electronic coupling) into the 6P molecules can be controlled, and 6P monolayers with uncharged molecules (Schottky–Mott regime) and charged and uncharged molecules (Fermi level pinning regime) can be obtained. Furthermore, it was found that charge transfer and temperature strongly influence the orientation, conformation, and wetting behavior (physical coupling) of the 6P layers on the MgO(100) thin films.

Charge‐Promoted Self‐Metalation of Porphyrins on an Oxide Surface

“…Furthermore, since charge transfer through the thin MgO film is accomplished by tunneling, this state is an integer charge transfer state, in agreement with previous observations. [16,17] From the combined XPS/ARUPS data in Figure 3 we conclude that two processes simultaneously take place upon adsorption of 2H-TPP on ultrathin MgO(001) films: (i) integer charge transfer into the molecules via electron tunneling and (ii) a self-metalation reaction to Mg-TPP. Whether these processes are independent of each other, or if one process is the precondition for the other to occur, cannot be answered with the information provided by the experimental data of Figure 3 alone.…”

“…To prove the interplay between charge transfer and metalation, we block the charge transfer utilizing the recipe developed recently. [17] It relies on chemical modification of the MgO/Ag interface by introducing either oxygen or magnesium. With this, the work function can be tuned over a wide range, from 2.3 to 4.4 eV (Supporting Information SI.3).…”

Ladungsunterstützte Selbstmetallierung von Porphyrinen auf Oxidoberflächen

“…Gleichzeitig kommt es zu einer Erhçhung der Austrittsarbeit auf 3.3 eV, was ein erster Hinweis für einen Ladungstransfer in die adsorbierten Moleküle ist. [17] Wenn die Molekül-Bedeckung auf 2 ML und 4 ML erhçht wird, kommt es zu einer Abschwächung des 0.75-eV-Signals, während die Intensität der Emission bei 2.3 eV BE weiter ansteigt. Dadurch wird gezeigt, dass das erste Signal ausschließlich von Molekülen aus der Monolage stammt.…”

“…Da der Ladungstransfer durch die dünne MgO-Schicht durch Elektronentunneln erklärt werden kann, ist zusätzlich festzuhalten, dass der Zustand ein "integer charge transfer"-Zustand ist. [16,17] Anhand der gemeinsamen XPS/ARUPS-Ergebnisse schließen wir, dass während der Adsorption von 2H-TPP auf ultradünnen MgO-Filmen zwei Prozesse simultan stattfinden: 1) ein ganzzahliger Ladungstransfer in die Moleküle durch Elektronentunneln und 2) eine Selbstmetallierungsreaktion zu Mg-TPP. Ob die beiden Prozesse unabhängig voneinander sind oder ob ein Prozess die Voraussetzung für den anderen ist, kann anhand der in Abbildung 3 dargestellten Ergebnisse noch nicht eindeutig geklärt werden.…”

“…Um das Zusammenspiel von Ladungstransfer und Metallierung zu zeigen, wenden wir deshalb eine erst kürzlich entwickelte Strategie zur Unterbindung des Ladungstransfers an. [17] Diese basiert auf der chemischen Modifizierung der MgO/Ag-Grenzfläche durch Magnesium bzw. Sauerstoff und erlaubt es, die Austrittsarbeit in einem weiten Bereich, zwischen 2.3 eV und 4.4 eV, zu variieren (Hintergrundinformationen, SI.3).…”