Scanning probe microscopy (SPM) methods allow for investigations of the atomistic world in real space. While scanning tunneling microscopy (STM) is sensitive to the electronic structure of the sample, its geometry can be explored by means of atomic force microscopy (AFM). Suitable functionalization of the AFM tip enables resolving the chemical structure of individual molecules at low temperatures in ultrahigh vacuum. Combining STM and AFM detection schemes in one setup facilitates simultaneous examination of the electronic and the geometric structure of single (molecular) adsorbates.
This work employs SPM with functionalized tips on individual molecules in three topics:
The capability of structure determination is widened to non-planar and strongly deformed molecules. The required information is deduced from either full three-dimensional data sets or from images along the adsorbed molecule’s symmetry planes that are perpendicular to the
sample surface.
On-surface chemical reactions are studied in great detail. For two exemplary cases, we investigate the reaction pathway of a thermally activated planarization reaction, and we examine the interplay of electronic and geometric structure in the tip-induced formation of a metalorganic
complex.
Finally, we use AFM to image the charge distribution in individual metal-organic molecules with polar bonds. Introducing a novel spectroscopy technique we resolve charge contrast along individual polar bonds.

Rastersondenmikroskopie (SPM) macht die Untersuchung der atomaren Welt im Realraum möglich. Während man mit Rastertunnel-Mikroskopie (STM) die elektronische Struktur einer Probe untersucht, können ihre geometrischen Eigenschaften mittels Rasterkraft-Mikroskopie (AFM) erforscht werden. Unter ultrahoch-vakuum Bedingungen bei tiefen Temperaturen erlaubt die Funktionalisierung der AFM-Spitze mit einem geeigneten Adsorbat die Auflösung der chemischen Struktur einzelner Moleküle. Die Kombination von STM und AFM ermöglicht die gleichzeitige Untersuchung von elektronischen und geometrischen Eigenschaften von einzelnen (molekularen) Adsorbaten.
In dieser Arbeit wird SPM mit funktionalisierten Spitzen auf drei Gebieten angewandt:
Die Möglichkeiten zur Strukturbestimmung per AFM werden auf nicht-planare und stark verformte Moleküle ausgeweitet. Hierzu verwenden wir entweder komplette dreidimensionale Datensätze oder AFM-Bilder, welche entlang molekularer Symmetrie-Ebenen senkrecht zur Probenoberfläche aufgezeichnet werden.
Chemische Reaktionen auf Oberflächen werden im Detail untersucht. Zum einen ermitteln wir den Reaktions-Pfad einer thermisch aktivierten Planarisierungs-Reaktion. Zum anderen analysieren wir das Zusammenspiel von elektronischen und geometrischen Eigenschaften im Rahmen der Synthese von metall-organischen Komplexen, welche mit Hilfe der SPM-Spitze formiert werden.
Schließlich benutzen wir das AFM, um die Ladungsverteilung innerhalb einzelner Moleküle zu untersuchen. Eine neu eingeführte Spektroskopie-Methode ermöglicht es uns, Ladungs-Kontrast entlang individueller polarer Bindungen aufzulösen.