Towards atomically controlled on-surface chemistry on insulating surfaces

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	1 December 2022
Referee:	Prof. Dr. Jascha Repp
Date of exam:	16 February 2022
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Giessibl > Group Jascha Repp
Keywords:	AFM, STM, STS, on-surface chemistry, atomical control, atomic scale manipulation, single molecule, ether-bond fission, tip-induced chemical reaction, triplet liefetime, triplet quenching, molecular oxygen, pentacene triplet lifetime, unpaired-electron, orbital imaging, organic spintronics, organic radicals, Blatter radical, Kondo resonance
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	51946

Abstract (English)

In this thesis three different topics are treated. All these topics are allocated at the cross-section of physics and chemistry. Questions from the field of chemistry are investigated by physical methods, i.e. by atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling microscopy (STM). The first part of this study addresses a detailed structural and electronic investigation of stable organic Blatter ...

Abstract (English)

In this thesis three different topics are treated. All these topics are allocated at the cross-section of physics and chemistry. Questions from the field of chemistry are investigated by physical methods, i.e. by atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling microscopy (STM). The first part of this study addresses a detailed structural and electronic investigation of stable organic Blatter radicals. Due to their atomic composition and the associated low spin-orbit coupling and hyperfine interactions, organic radicals are promising candidates for spintronic applications. The second topic deals with tip-induced ether bond fission of different compounds. In this context, the chemical concept of inducing heterolytic bond fission by charging of species is realized with the STM-tip. With this cleaving mechanism, reactive species, such as carbyne model compounds and a p-quinodimethane derivative, could be generated and investigated. In the last section a novel all-electronic AFM-based technique to detect triplet lifetimes is introduced. Using this method, single pentacene triplet lifetimes could be probed and the quenching by closely adsorbed molecular oxygen could be investigated on an atomistic level. All three topics highlight the broad spectrum of AFM/STM applications and its impact on the field of chemistry.

Translation of the abstract (German)

Die Arbeit gliedert sich in drei Themenblöcke. Alle Themen befinden sich im Zwischengebiet der Physik und der Chemie. Chemische Fragestellungen werden mit physikalischen Methoden, wie Rasterkraftmikroskopie (RKM) und Rastertunnelmikroskopie (RTM), untersucht. Der erste Teil umfasst eine detaillierte strukturelle und elektronische Untersuchung von stabilen organischen Blatter-Radikalen. Aufgrund ...

Translation of the abstract (German)

Die Arbeit gliedert sich in drei Themenblöcke. Alle Themen befinden sich im Zwischengebiet der Physik und der Chemie. Chemische Fragestellungen werden mit physikalischen Methoden, wie Rasterkraftmikroskopie (RKM) und Rastertunnelmikroskopie (RTM), untersucht. Der erste Teil umfasst eine detaillierte strukturelle und elektronische Untersuchung von stabilen organischen Blatter-Radikalen. Aufgrund ihrer atomaren Zusammensetzung und der damit assoziierten geringen Spin-Orbit Kopplung und Hyperfeinwechselwirkung sind organische Radikale vielversprechende Kandidaten für Spintronik Anwendungen. Der zweite Teil behandelt die spitzeninduzierte Etherbindungsspaltung von verschiedenen Verbindungen. In diesem Zusammenhang wird das chemische Prinzip der heterolytischen Bindungsspaltung durch das Laden der Spezies durch die STM-Spitze realisiert. Mit diesem Bindungsspaltungsmechanismus werden reaktive Spezies, wie Carbin-Modellverbindungen und ein P-Quinodimethan Derivat generiert und untersucht. Im letzten Teil wird eine neue, komplett elektronische, auf der Rasterkraftmikroskopie basierende Technik zur Detektion von Triplett-Abklingzeiten vorgestellt. Unter Verwendung dieser Methode konnte die Triplett-Abklingzeit von einzelnen Pentacen-Molekülen detektiert werden und das Quenchen durch in der Nähe adsorbierten molekularen Sauerstoff konnte auf atomaren Skalen untersucht werden. Alle drei Themen unterstreichen das weite Spektrum von RKM und RTM Anwendungen und deren Auswirkung auf das Feld der Chemie.

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