STM transport through copper phthalocyanine on thin insulating films

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	15 Dezember 2015
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Milena Grifoni und Prof. Dr. Jascha Repp
Tag der Prüfung:	24 November 2015
Institutionen:	Physik > Institut für Theoretische Physik > Lehrstuhl Professor Grifoni > Arbeitsgruppe Milena Grifoni
Stichwörter / Keywords:	Molecular Electronics; Scanning Tunneling Microscopy; Electronic Transport; Nanoelectronics
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	33008

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis comprises the description and analysis of electronic transport through copper phthalocyanine in an STM setup on thin insulating films. A major part deals with the derivation of a semi-empirical many-body Hamiltonian in the molecular basis for copper phthalocyanine. The symmetry of the molecular orbitals allows for reducing the required number of matrix elements of the Coulomb ...

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis comprises the description and analysis of electronic transport
through copper phthalocyanine in an STM setup on thin insulating films.
A major part deals with the derivation of a semi-empirical many-body Hamiltonian in the molecular basis for copper phthalocyanine. The symmetry of the molecular orbitals allows for reducing the required number of matrix elements of the Coulomb interaction.
Later on, also spin-orbit interaction and interactions with magnetic fields are
added to the description of copper phthalocyanine and we derive an effective low-energy Hamiltonian which allows for the identifaction
of the different many-body transitions observed in the numerical transport calculations. Transport dynamics is obtained by evaluating a master equation for the reduced density operator. Thereby, STM-specific properties are contained in the tunneling matrix elements,
which describe the tunneling of electrons from the tip and the substrate onto the molecule. Using this transport formalism and the many-body Hamiltonian for copper phthalocyanine, we find negative differential conductance phenomena caused by interference of many-body states.
Furthermore, a tip-position controlled population inversion to an excited neutral state of the molecule is identified. Associated to the latter is the change of the total spin of the molecule from a low-spin to a high-spin state.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beinhaltet die Beschreibung und Analyse elektronischen Transportes durch Kupfer-Phthalocyanin in einem STM-Aufbau mit dünnen isolierenden Schichten. Ein großer Teil der Arbeit handelt von der Herleitung eines semi-empirischen Vielteilchenhamiltonians für Kupfer-Phthalocyanin in der Basis der Molekülorbitale. Die Symmetrieeigenschaften der Molekülorbitale ermöglichen die Reduzierung ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beinhaltet die Beschreibung und Analyse elektronischen Transportes durch Kupfer-Phthalocyanin in einem STM-Aufbau mit dünnen isolierenden Schichten. Ein großer Teil der Arbeit handelt von der Herleitung eines semi-empirischen Vielteilchenhamiltonians für Kupfer-Phthalocyanin in der Basis der Molekülorbitale. Die Symmetrieeigenschaften der Molekülorbitale ermöglichen die Reduzierung der Anzahl von benötigten Matrixelementen der Coulombwechselwirkung. Im Nachhinein wird die Beschreibung von Kupfer-Phthalocyanin durch Spin-Bahn-Wechselwirkung und Wechselwirkungen mit Magnetfeldern hinzugefügt. Durch das Herleiten eines effektiven Niedrigenergie-Hamiltonoperators können verschiedene Vielteilchenübergänge in den numerischen Transportrechnungen identifiziert werden. Die Zeitenwicklung des reduzierten Dichteoperators wird durch eine Mastergleichung beschrieben. STM-spezifische Eigenschaften sind dabei in den Tunnelmatrixelementen enthalten, welche das Tunneln von Elektronen aus der STM-Spitze oder dem Substrates auf das Molekül charakterisieren. Mit diesem Transportformalismus und dem Vielteilchenhamiltonian können wir das Auftreten von negativer differentieller Leitfähigkeit, verursacht durch Interferenz von Vielteilchenzuständen vorfinden.
Des Weiteren stellen wir eine Besetzungsinversion zu einem angeregten Zustand des ungeladenen Moleküls fest, die durch die Position der STM-Spitze beinflusst werden kann. Damit verbunden ist der Übergang des Moleküls von einem Zustand mit niedrigem zu einem Zustand mit hohem Gesamtspin.

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