Die vorliegende Arbeit behandelt Experimente zur Rasterkraftmikroskopie und -spektroskopie an dem magnetischen Molekül Co-Salen. Sie zeichnet dabei die Entwicklung dieser Experimente, angefangen beim Design und Aufbau von Präparationseinrichtungen über die Messungen bis hin zu Vergleichen mit Rechnungen nach.
In den ersten beiden Kapiteln werden die für die Experimente notwendigen physikalischen und messtechnischen Grundlagen vorgestellt. Anschließend wird die verwendete Instrumentierung beschrieben. Hier werden vor allem, speziell für die hier vorgestellten Experimente entworfene und die bestehende Instrumentierung erweiternde, Teile detailliert beschrieben. Dabei handelt es sich neben einem neuen Probenhalterdesign und einer Vorrichtung zum Spalten von isolierenden Einkristallen vor allem um einen neuartigen Verdampfer. Dieser Verdampfer kann direkt in einem, bei kryogenen Temperaturen betriebenen, Rasterkraftmikroskop verwendet werden um Moleküle auf kalte Substrate aufzubringen. Das Prinzip des Verdampfers ermöglicht eine Nachrüstung ohne Änderungen an empfindlichen Teilen des Mikroskops und ist darüber hinaus auch leicht an andere Aufbauten adaptierbar. Im Zuge dieser Arbeit wurde dabei eine neue Technik für die Herstellung einer ultra-hoch-vakuum-tauglichen Metall-Keramik-Verbindung entwickelt.
In den, nach der Beschreibung der Probenpräparation, vorgestellten Messungen wird erstmals, neben der Orientierung auch der Adsorptionsplatz eines organischen Moleküls wie dem Co-Salen auf einem (Volumen) Isolator bestimmt. Dazu wurde das Substrat parallel zur Abbildung eines Moleküls atomar aufgelöst. Im letzten Kapitel wird die Problematik behandelt, dass es im Falle von Substraten, die aus mehreren Elementen bestehen, in der Regel unklar ist, welche Signale in den Messdaten die einzelnen Elemente repräsentieren. Um dies zu beantworten, wurden am University College London Berechnungen angestellt, die zusammen mit hier gezeigten Spektroskopiedaten für die Kombination aus ionischen Substraten und metallischen Messspitzen eine eindeutige und allgemein gültige Zuordnung ermöglichen.
In the present work surface science experiments on magnetic molecules by means of atomic-force-microscopy/spectroscopy are described. All important steps building up to the illustration of measurements and comparison with calculations, including the first designs of devices for sample preparation, are shown.
The first two chapters cover all the physical and metrological concepts which are necessary for the presented experiments. Subsequently, the utilized instrumentation is presented with a focus on new developments, like a new sample holder design and a cleavage device for insulating single crystals. Moreover, a new evaporator design for operation in a cryogenic environment designed for the utilized atomic force microscope is explained. This design enables preparation of molecules on cold substrates and can be retrofitted without changes to the microscope itself. Also it should be relatively simple to adapt this design to other microscopes. Within the design of this evaporator a new technique to fabricate an ultra high vacuum compatible metal-ceramic-junction has been developed.
After the details of sample preparation, the measurements are presented. For he first time it was possible to examine both the orientation and adsorption site of molecules like Co-Salene on top of a bulk insulator. In order to achieve this, simultaneous atomic resolution on the substrate with measurements of the molecule was necessary. The concluding chapter deals with the challenging of understanding mulitple element insulating substrates and the interpretation of measurement signals on such substrates. To clarify measurements, calculations, which have been made at the University College London, have been combined with spectroscopy experiments. Using this it was possible to make a general classification for combinations of metallic tips and ionic substrates.