Titelaufnahme

In dieser Arbeit wird die elektronische und geometrische Struktur von organisch- metallischen Grenzschichten mithilfe der sogenannten Orbitaltomografie untersucht. Diese Methode beruht auf der Näherung des Endzustandes der Photoelektronenspektroskopie durch eine ebene Welle und erlaubt einen systematischen Vergleich von winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopieintensitäten mit der Fourier Transformation der untersuchten Orbitale, welche im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie bestimmt werden.Mithilfe der Orbitaltomografie ist es gelungen, die azimutale Anordnung von Kupferphthalocyanin auf einer Au(110) Oberfläche sowie die elektronische Struktur einer gemischten PTCDA und Kupferphthalocyanin Monolage auf Ag(111) eindeutig zu bestimmen. Effekte von intermolekularer Banddispersion und Wechselwirkungseffekte der Moleküle mit dem metallischen Substrat können in der Simulation berücksichtigt werden. Mit dieser Erweiterung kann gezeigt werden, dass sich die experimentelle Photoemissionsintensität von Pentacen auf Cu(110) durch eine Überlagerung von isoliertem Molekülsignal mit Modulationen durch intermolekulare Banddispersion erklären lässt. Die elektronische Struktur von Chinacridon in einer seiner Kristallstrukturen kann in ausgezeichneter Übereinstimmung mit experimentellen Photoemissionsdaten mit einem so genannten ”optimally-tuned range-separated” Hybrid-Funktional berechnet werden. Weiters werden Bilder von einzelnen Molekülorbitalen ausgehend von gemessenen Photoemissionsdaten präsentiert. Als einzige Näherung wird dabei vorausgesetzt, dass die Wellenfunktion räumlich auf die Größe des Moleküls beschränkt ist. Dadurch kann ein iteratives Verfahren, ursprünglich für Röntgenbeugungsexperimente entwickelt, verwendet werden, mit dem die im Experiment verlorengegangene Phaseninformation wiederhergestellt werden kann. Die so ermittelten Orbitale stimmen gut mit berechneten Ein-Eletronorbitalen aus der Dichtefunktionaltheorie überein.

In this work the electronic and geometric structure of interfaces of organic thin films with metallic substrates is studied using the orbital tomography technique. Orbital tomography combines angle resolved photoemission spectroscopy experiments with calculations within the framework of density functional theory and is based on the approximation of the final state by a simple plane wave in the theoretical description of the photoemission process. With this approximation, the experimental data is interpreted as the Fourier transform of the initial state molecular orbitals under investigation. With the help of orbital tomography, the azimuthal alignment of copper-II-phthalocyanine on Au(110) as well as the level alignment of PTCDA and copper-II-phthalocyanine co-adsorbed on Ag(111) is unambiguously determined. In order to include effects arising from intermolecular band dispersion or from the interaction of he molecules with the substrate, extended systems are included in the simulation of angle resolved photoemission intensity maps. Thereby the experimental photoemission intensity of pentacene on Cu(110) is found to behave like that of the isolated molecule modulated by the band dispersion due to intermolecular interactions. The orbital level alignment of the bulk phase of quinacridone is obtained in excellent agreement with photoemission experiments using an optimally-tuned screened range-separated hybrid functional. Furthermore, images of individual molecular orbitals are obtained with the only assumption of the wave function to be confined to a region, defined by the spatial extend of the molecule. Using this assumption, an iterative procedure, commonly applied in x-ray diffraction experiments, allows for the recovery of the phase information, that is lost in the experiment. The so obtained orbitals orbitals are found to be in excellent agreement with calculated one electron orbitals obtained within density functional theory.