Investigating spin-orbit induced dynamics and Jahn-Teller distortion in charged copper-phthalocyanine

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	1 Oktober 2024
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Andrea Donarini und Prof. Dr. Jascha Repp
Tag der Prüfung:	17 November 2023
Institutionen:	Physik > Institut für Theoretische Physik > Lehrstuhl Professor Grifoni > Arbeitsgruppe Milena Grifoni
Stichwörter / Keywords:	Spin-orbit interaction, Jahn-Teller effect, Master equation, density matrix, AC-STM, scanning probe, lightwave-STM
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:	55258

Zusammenfassung (Englisch)

The scope of this thesis is the investigation of charged copper-phthalocyanine (CuPc). In the first part we focus in spin-orbit induced dynamics occurring in the system. We theoretically study the electronic dynamics of a CuPc molecule within a lightwave-scanning tunneling microscope by simulating a pump-probe scheme. We show how the spin-orbit interaction in the metallic center induces ...

Zusammenfassung (Englisch)

The scope of this thesis is the investigation of charged copper-phthalocyanine (CuPc).
In the first part we focus in spin-orbit induced dynamics occurring in the system.
We theoretically study the electronic dynamics of a CuPc molecule within a lightwave-scanning tunneling microscope by simulating a pump-probe scheme.
We show how the spin-orbit interaction in the metallic center induces beatings of the electronic charge flowing through the molecule as a function of the delay time between the pump and probe pulses.
The basis for these beatings are the interference between quasi-degenerate anionic states of the molecule and the intertwined spin and pseudospin dynamics.
We study the dynamics in this system directly in the time domain within a generalized master-equation approach.
In the second part we study the Jahn-Teller (JT) distortion occurring in charged CuPc.
In charged CuPc the JT-distortion lifts the degeneracy between the two degenerate lowest unoccupied molecular orbitals (LUMOs).
Recently, by means of alternate-charging-STM it was also observed that upon charging the CuPc molecule twice both electrons occupy the same LUMO.
We show by a combination of DFT calculations and a group theoretical analysis how the molecular electron-phonon coupling is not strong enough to explain this double charging of the same LUMO.
Instead, we propose a collaboration between the molecular deformation and the deformation of the underlying NaCl substrate.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von geladenem Kupfer-phthalocyanin (CuPc). Im ersten Teil beschäftigen wir uns mit der spin-orbit induzierten Dynamik in diesem System. Wir untersuchen theoretisch die elektronische Dynamik eines CuPc Moleküls in einem Lichtwellenrastertunnelmikroskop durch Simulation eines 'pump-probe' Pulseschemas. Wir zeigen wie die spin-orbit Interaktion ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von geladenem Kupfer-phthalocyanin (CuPc).
Im ersten Teil beschäftigen wir uns mit der spin-orbit induzierten Dynamik in diesem System.
Wir untersuchen theoretisch die elektronische Dynamik eines CuPc Moleküls in einem Lichtwellenrastertunnelmikroskop durch Simulation eines 'pump-probe' Pulseschemas.
Wir zeigen wie die spin-orbit Interaktion im metallischen Kupferatom zu einer Schwebung in der durch das Molekül fließende Ladung, als Funktion der Zeit zwischen den beiden Laserpulsen, führt.
Wir zeigen, dass diese Schwebung durch Interferenz Effekte zwischen den quasi-entarteten Eigenzuständen des anionischen Moleküls und gekoppelte Spin und Pseudospin Dynamik entsteht.
Wir untersuchen diese Dynamik als Funktion der Zeit unter Verwendung einer Master-Equation für den reduzierten Dichteoperator des Systems.
Im zweiten Teil wenden wir uns der Jahn-Teller Verzerrung zu.
In geladenem CuPc sorgt diese Verzerrung für die Aufhebung der Entartung der niedrigsten unbesetzten Molekülorbitale (LUMOs).
Durch die sogenannte alternate-charging Rastertunnelmikroskopie konnte gezeigt werden, dass bei einer doppelten Ladung des Moleküls beide Elektronen im selben Orbital lokalisieren.
Wir zeigen durch eine Kombination von DFT Rechnungen und einer Gruppentheoretischen Analyse, dass die molekulare Elektron-Phonon Kopplung nicht ausreicht um dieses Verhalten zu erklären.
Daher führen wir eine Kooperation zwischen der molekularen Verzerrung und der im Salz Substrat auftretenden Verzerrung ein.

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