•  
  •  
 

Abstract

We present a systematic scanning tunneling microscopy (STM) study of bias-dependent imaging of disulfur diarylethene (2S-DE) molecules on octanethiol (C8) monolayer at room temperature. In a rigid confinement of the C8 matrix, we did not observe any significant variation in the appearance of the 2S-DE. On the contrary, a reversal in the apparent height of the 2S-DE was present when the molecule was situated on a gold vacancy island. We attributed this finding to the presence of a new electronic state that became accessible for a tunneling event. In addition, the C8 surface structure underwent a reversible phase transformation from √3 x √3 R30º hexagonal to c(4x2) square superlattice when the bias voltage was reduced from -825 mV to -425 mV or vice versa. Under a finite bias voltage, an appreciable topographic variation of the 2S-DE signature was demonstrated for the first time. This finding can be ascribed to a finite overlap of the associated wave functions that occurred between the tip state and the 2S-DE molecular energy level. We believe that physical insight on the bias-dependent imaging of organic molecules on solid surface is important towards the advancement of molecular electronics-based devices.

Bahasa Abstract

Kontras Spektroskopi Molekul Diarylethene pada Monolayer Octanethiol. Makalah ini berisi hasil kajian sistematis yang telah dilakukan dengan menggunakan mikroskop penerowongan payaran (scanning tunneling microscopy (STM)) untuk mengamati perubahan prilaku molekul disulfurdiarylethene (2S-DE) pada molekul monolayer octanethiol (C8) di suhu ruangan, tergantung pada parameter tertentu. Pengamatan atas molekul 2S-DE yang terletak di daerah kekosongan substrat emas tidak menunjukkan adanya perubahan signifikan atas bentuk molekul 2S-DE, yang kemungkinan disebabkan oleh keberadaan fasa elektronik yang memungkinkan terjadinya fenomena tunneling. Struktur topografi dari matriks molekul penyusun (C8) juga mengalami perubahan transformasi fasa dari bentuk heksagonal √3 x √3 R30º menjadi square superlattice c(4x2) jika parameter pengukuran voltase untuk STM diubah dari -825 mV menjadi -425 mV ataupun sebaliknya. Perubahan yang terlihat pada bentuk fasa molekul 2S-DE terjadi pada rentang paratemer yang terbatas. Hasil pengamatan ini dapat dijelaskan sebagai hasil dari tumpangsuh yang terjadi antara fungsi gelombang tip state dan tingkat energi molekular dari 2S-DE. Hasil penelitian ini bermanfaat untuk memahami ketergantungan prilaku molekul organik di atas permukaan padat dalam rangka pengembangan perangkat berbasis elektronik molekular.

References

  1. W.R. Browne, B.L. Feringa, Molecular Switches 2nd ed., Wiley-VCH, Germany, 2011.
  2. G.H. Brown, Photochromism, Wiley Interscience, NewYork, 1971.
  3. M. Irie, M. Mohri., J. Org. Chem., 53 (1988) 803.
  4. N. Katsonis, T. Kudernac, M. Walko, S.J. van der Molen, B.J. van Wees, B.L. Feringa, Adv. Mater., 18 (2006) 1397.
  5. S. van der Molen, H. van der Vegte, T. Kudernac, I. Amin, B.L. Feringa, B.J. van Wees, Nanotech., 17 (2006) 310.
  6. D. Dulic, S.J. van der Molen, T. Kudernac, H.T. Jonkman, J.J.D. de Jong, T.N. Bowden, J. van Esch, B.L. Feringa, B. van Wees, Phys. Rev. Lett., 91 (2003) 207402.
  7. T. Kudernac, S.J. van der Molen, W. Browne, B.L. Feringa, Chem. Comm., 2006/34 (2006) 3597.
  8. J. Mysliveček, A. Strózecka, J. Steffl, P. Sobotík, I. Oštádal, B. Voigtländer, Phys. Rev. B, 73 (2006) 161302.
  9. K. Takayanagi, Y. Tanishiro, M. Takahashi, S. Takahashi,
  10. J. Vac. Sci. Technol. A, 3 (1985) 1502.
  11. F. Calleja, A. Arnau, J.J. Hinarejos, A.L.V. de Parga, W.A. Hofer, P.M. Echenique, R. Miranda, Phy. Rev. Lett., 92 (2004) 206101.
  12. M. Lackinger, T. Muller, T.G. Gopakumar, F. Muller, M. Hietschold, G.W. Flynn, J. Phys. Chem. B, 108 (2004) 2279.
  13. Z.J. Donhauser, B.A. Mantooth, K.F. Kelly, L.A. Bumm, J.D. Monnell, J.J. Stapleton, D.W.P. Jr., A.M. Rawlett, D.L. Allara, J.M. Tour, P.S. Weiss, Sci., 292 (2001) 2303.
  14. L.A. Bumm, J.J. Arnold, M.T. Cygan, T.D. Dunbar, T.P. Burgin, D.L. Allara, J.M. Tour and P.S. Weiss, Sci., 271 (1996) 1705.
  15. K. Matsuda, H. Yamaguchi, T. Sakano, M. Ikeda, N. Tanifuji, M. Irie, J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 17005.
  16. D. Anselmetti, A. Baratoff, H.J. Guntherodt, E. Delamarche, B. Michel, C. Gerber, H. Kang, H. Wolf, H. Ringsdorf, Europhys. Lett., 27 (1994) 365.
  17. E. Delamarche, B. Michel, H.A. Biebuyck, C. Gerber, Adv. Mat., 8 (1996) 719.
  18. C. Schonenberger, J. Jorritsma, J.A.M. Sondag-Huethorst, L.G.J. Fokkink, J. Phys. Chem., 99 (1995) 3259.
  19. F.T. Arce, M.E. Vela, R.C. Salvarezza, A.J. Arvia, J. Chem. Phys., 109 (1998) 5703.
  20. C. Vericat, M.E. Vela, G. Andreasen, R.C. Salvarezza, L. Vazquez, J.A.M. Gago, Langmuir., 17 (2001) 4919.
  21. L. Bartels, G. Meyer, K.H. Rieder, Appl. Phys. Lett., 71 (1997) 213.
  22. M. Kawasaki, T. Sato, T. Tanaka, K. Takao, Langmuir, 16 (2000) 1719.
  23. T. Fukuma, T. Ichii, K. Kobayashi, H. Yamada, K. Matsushige, J. Appl. Phys., 95 (2004) 1222.
  24. C.G. Zeng, B. Li, B. Wang, H.Q. Wang, K.D. Wang, J.L. Yang, J.G. Hou, Q.S. Zhu, J. Chem. Phys., 117 (2002) 851.
  25. B. Li, C.G. Zeng, Q.X. Li, B. Wang, L.F. Yuan, H.Q. Wang, J.L. Yang, J.G. Hou, Q.S. Zhu, J. Phys. Chem. B, 107 (2003) 972984.
  26. A. Riposan, G.Y. Liu, J. Phys. Chem. B, 110 (2006) 23926.
  27. J.P. Bucher, L. Santesson, K. Kern, Appl. Phys. Mater. Sci. Process., 59 (1994) 135.
  28. J. Pflaum, G. Bracco, F. Schreiber, R. Colorado, O.E. Shmakova, T.R. Lee, G. Scoles, A. Kahn, Surf. Sci., 498 (2002) 89.
  29. J. Heurich, J.C. Cuevas, W. Wenzel, G. Schön, Phys. Rev. Lett., 88 (2002) 256803.
  30. M.D. Ventra, S.T. Pantelides, N.D. Lang, Phys. Rev. Lett., 84 (2000) 979.
  31. A.R.H. Clarke, J.B. Pethica, J.A. Nieminen, F. Besenbacher, E. Laegsgaard, I. Stensgaard, Phys. Rev. Lett., 76 (1996) 1276.
  32. W.A. Hofer, Prog. Surf. Sci., 71 (2003) 147.
  33. W. Sacks, Phys. Rev. B, 61 (2000) 7656.
  34. X.H. Qiu, G.V. Nazin, W. Ho, Sci., 99 (2003) 542.
  35. J. Repp, G. Meyer, S. Stojkovic, A. Gourdon, C. Joachim, Phys. Rev. Lett., 94 (2005) 026803.
  36. L. Ramoino, M. von Arx, S. Schintke, A. Baratoff, H.J. Guntherodt, T.A. Jung, Chem. Phys. Lett., 417 (2006) 22.
  37. C.J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford University Press, Oxford, 1993.

Share

COinS
 
 

To view the content in your browser, please download Adobe Reader or, alternately,
you may Download the file to your hard drive.

NOTE: The latest versions of Adobe Reader do not support viewing PDF files within Firefox on Mac OS and if you are using a modern (Intel) Mac, there is no official plugin for viewing PDF files within the browser window.