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Titelaufnahme

Titel
Surface Optical Spectroscopy: Growth of CoTMPP on Cu(110)-(2x1)O Surfaces / submitted by Philipp Hofmann, BSc BSc
Weitere Titel
Optische Spektroskopie an Oberflächen
AutorInnenHofmann, Philipp
Beurteiler / BeurteilerinWagner, Thorsten
ErschienenLinz, 2018
Umfang80 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Masterarbeit, 2018
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Wachstum dünner Schichten / Spektroskopie / Oberflächenphysik
Schlagwörter (EN)thin film growth / spectroscopy / surface science
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-25439 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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Surface Optical Spectroscopy: Growth of CoTMPP on Cu(110)-(2x1)O Surfaces [27.6 mb]
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Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Optische Oberflächenspektroskopie ermöglicht es, zerstörungsfrei Erkenntnisse über die optischen Eigenschaften einer Oberfläche zu gewinnen. Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff dabei auf eine Vielzahl individueller Messverfahren, unter anderem DRS (differential reflectance spectroscopy) und RDS (reflectance difference spectroscopy). DRS und RDS spielen aktuell im Rahmen der optischen Forschung eine nicht zu vernachlässigende Rolle, da es sich dabei um leistungsfähige und universelle Messverfahren zur Bestimmung von Reflexionseigenschaften und optischen Größen einer Probe handelt. Häufig werden diese beiden Techniken während dem Aufdampfen von Molekülen auf eine Probe eingesetzt, da hierdurch Wissen über den Wachstumsprozess der Moleküle sowie wichtige Einblicke in die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse gewonnen werden können. Die Tatsache, dass DRS und RDS üblicherweise als zwei grundlegend verschiedene Verfahren der Spektroskopie eingeschätzt werden, dient als Motivation für diese Arbeit. Deshalb liegt der Fokus auf der Herleitung eines theoretischen Zusammenhangs zwischen diesen beiden optischen Messverfahren und dem anschließenden experimentellen Nachweis dieser Relation. Das Ziel ist es dabei, zu zeigen, dass DRS und RDS nicht grundlegend verschieden, sondern in gewisser Hinsicht sogar zueinander äquivalent sind. Der erste Schritt der theoretischen Herleitung des Zusammenhangs ist die physikalische Herleitung des DRS Signals sowie des RDS Signals, basierend auf dem bekannten Drei-Phasen Modell von McIntyre und Aspnes. Ihr Modell stellt dabei ein optisches System dar, welches aus einem Substrat und einer darauf aufgebrachten Molekülschicht, umgeben von einer dritten Phase, besteht. Auf Basis dieser Herleitungen gelang es, das DRS Signal mit dem RDS Signal in Beziehung zu setzen und somit einen theoretischen Zusammenhang zwischen den beiden Spektroskopieverfahren zu formulieren. Dieser stellte dabei den Ausgangspunkt des experimentellen Teils dieser Arbeit dar, wobei ein experimenteller Nachweis der theoretischen Beziehung gefunden werden sollte. Zu diesem Zweck wurde eine Vielzahl an Wachstumsexperimenten durchgeführt, wobei CoTMPP (Cobalt tetramethoxyphenylporphyrin) auf Cu(110)-(2x1)O Oberflächen aufgedampft wurde. Bei CoTMPP handelt es sich um ein Metallderivat von Porphyrine, wobei dieses Molekül bereits für verschiedene Anwendungen im Bereich der Biologie und Chemie verwendet wurde, unter anderem für Solarzellen und Farbsensoren. Der Wachstumsprozess wurde mit verschiedenen Varianten der genannten optischen Messverfahren untersucht, konkret mit DRS bei senkrechtem und nicht-senkrechtem (45) Lichteinfall sowie mit RDS bei senkrechtem Lichteinfall. Im Fall von DRS bei 45 konnte der theoretische Zusammenhang zwischen DRS und RDS nicht experimentell nachgewiesen werden. Ein möglicher Grund ist die Tatsache, dass die Datenauswertung in diesem Fall an spezielle Bedingungen geknüpft ist, wobei diese nicht über den gesamten Energiebereich erfüllt sind. Im Gegensatz dazu, konnte im Fall von DRS bei normalem Einfall erfolgreich ein experimenteller Nachweis des theoretischen Zusammenhangs zwischen DRS und RDS gefunden werden. Es wurde somit gezeigt, dass DRS und RDS in gewisser Hinsicht zwei zueinander äquivalente Spektroskopieverfahren sind.

Zusammenfassung (Englisch)

Surface optical spectroscopy is of great interest, as it allows to acquire knowledge about optical properties of a surface without damaging the sample. In general, optical spectroscopy refers to several different optical measurement techniques, including DRS (differential reflectance spectroscopy) and RDS (reflectance difference spectroscopy). DRS and RDS play a non-negligible role in todays optical research, as both are highly powerful and versatile techniques for acquiring information on the reflectance of a surface in order to determine optical quantities of the sample. It is convenient to employ these two techniques during the deposition of molecules on top of a substrate. This approach reveals fundamental knowledge on the behavior of the growth process of the adlayer and provides important insights into the underlying physical principles. The fact that DRS and RDS are considered to be fundamentally different, despite both being spectroscopy methods, is a key argument for the motivation of this thesis. Therefore, the main subject of this thesis is the derivation of an analytical relation between these two optical spectroscopy methods and subsequently, an experimental proof of this relation. The aim is to show that DRS and RDS are not fundamentally different, but rather are even equivalent to each other to a certain extent. The first step of finding an analytical relation between DRS and RDS was to give a physical derivation of the DRS signal and the RDS signal, based on the well-known three-phase system of McIntyre and Aspnes. Their model represents an optical system, consisting of a substrate and an adlayer on top of the substrate, surrounded by an ambient phase. Based on these derivations, the DRS signal was put in relation to the RDS signal. Therefore, an analytical relation between DRS and RDS has been achieved successfully. Further, this relation represents the basis of the experimental part of this thesis, which pursues the experimental proof of the theoretical relation between DRS and RDS. To do so, several growth experiments have been carried out, whereas CoTMPP (Cobalt tetramethoxyphenylporphyrin) molecules have been deposited on Cu(110)-(2x1)O reconstructed surfaces, which have been prepared by exposing pristine Cu(110) samples to oxygen. CoTMPP is a metal-derivate of porphyrin, which has already been used for various applications in biology and chemistry, including solar cells and color sensors. The growth process was investigated with different optical setups, specifically polarization-dependent DRS at normal incidence as well as off-normal incidence (45) and RDS at normal incidence. In the case of polarization-dependent DRS at 45 incidence, it was not possible to find an experimental evidence of the theoretical expectation that puts DRS in relation to RDS. The reason may be that the evaluation in the case of DRS at off-normal incidence is linked to certain assumptions, which do not hold true over the whole energy range. Contrary, in the case of polarization-dependent DRS at normal incidence, it has been successfully shown that the experimental DRS and RDS data are linked according to the analytical relation. Further, this indicates that DRS and RDS are equivalent to a certain extent.

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