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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/2610

Title: Characterization and manipulation of single molecules and molecular complexes by low temperature scanning tunneling microscopy.
Other Titles: Caratterizzazione e manipolazione di singole molecole e complessi di molecole tramite microscopia a scansione a effetto tunnel a bassa temperatura
Authors: Dri, Carlo
Supervisor/Tutor: Comelli, Giovanni
Co-supervisor: Africh, Cristina
Esch, Friedrich
Issue Date: 10-Apr-2008
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: The first part of this thesis work concerns the development of an ultra–high–vacuum experimental system, hosting a commercial Low Temperature Scanning Tunneling Microscope (LT-STM), that has been built for characterizing and manipulating single molecules and molecular complexes adsorbed on metal surfaces. The design from scratch, the commissioning and the performance tests of the various components of the system are presented. The preparation chamber that has been developed provides the fundamental surface preparation and analysis instruments, combining the STM analysis with other experimental techniques and allowing for easy setup of additional preparation/analysis instruments. The manipulator sample stage allows for a wide temperature range, needed for the preparation of a variety of surfaces to be investigated in the LT-STM. In the second part of this work, we present two examples of how molecules and molecular complexes can be studied and manipulated with the LT-STM technique. In the first example, within a collaboration established with the group of Dr. Leonhard Grill at the Freie Universität in Berlin, we have characterized an azobenzene derivative adsorbed on the Au(111) surface, a known molecular switch based on a trans–cis isomerization, which can be reversibly induced by the tip of the STM with controlled voltage pulses. We could show how the molecule–molecule interactions play a critical role in determining the switching abilities of the molecules between different self–assembled molecular islands, and how the molecule–substrate interaction can efficiently determine two different spatial periodicities of the switching molecules. In the second example, we have presented preliminary results regarding the characterization of the NH3-NO complex which forms on the Pt(111) surface, showing that by exploiting the manipulation and spectroscopic tools of the LT-STM, it will be possible to investigate at the atomic scale the properties of the hydrogen bond most likely involved the complex.
La prima parte di questa tesi descrive lo sviluppo di un sistema sperimentale da ultra–alto–vuoto, dotato di un microscopio a scansione a effetto tunnel a bassa temperatura (LT-STM) disponibile in commercio. Il sistema è stato concepito e costruito per caratterizzare e manipolare singole molecole e complessi di molecole adsorbiti su superfici metalliche. Viene descritta la realizzazione del sistema sperimentale, a partire dalla fase di progettazione fino alla messa in opera e ai vari test di funzionamento che sono stati effettuati. La camera di preparazione che è stata costruita è provvista della strumentazione di base per la preparazione e l’analisi dei campioni di misura, e permette di integrare la tecnica STM con altre tecniche sperimentali e di installare in modo semplice e veloce nuovi strumenti. Il manipolatore è dotato di un sistema di riscaldamento campioni che permette di raggiungere un largo intervallo di temperature, necessario per la preparazione di svariati tipi di campioni da poter studiare tramite l’LT-STM. Nella seconda parte della tesi, vengono presentati due esempi di come, grazie alle potenzialità dell’LT-STM, è possibile caratterizzare e manipolare molecole e complessi di molecole. Nel primo dei due esempi, nell’ambito di una collaborazione con il gruppo del Dr. Leonhard Grill presso la Freie Universität a Berlino, è stato studiato sulla superficie (111) dell’oro il comportamento di un derivato dell’azobenzene, un “interruttore molecolare” basato sul processo di isomerizzazione trans–cis che può essere indotto in modo reversibile tramite impulsi di voltaggio dalla punta del microscopio STM. Si è dimostrato come le interazioni inter–molecolari giocano un ruolo fondamentale nel determinare se, all’interno di isole molecolari con diversa struttura, le molecole possono isomerizzare o meno; inoltre è stato scoperto che l’interazione delle molecole con il substrato può determinare l’ordinamento delle molecole in grado di isomerizzare, in strutture di periodicità definita all’interno delle isole molecolari. Nel secondo esempio che viene descritto, vengono presentati i risultati preliminari della caratterizzazione del complesso NH3-NO che si forma sulla superficie (111) del platino, e viene indicato come sarà possibile caratterizzare la natura dei legami idrogeno, che probabilmente stabilizzano il complesso, tramite le tecniche spettroscopiche e di manipolazione messe a disposizione dall’LT-STM.
PhD cycle: XX Ciclo
PhD programme: NANOTECNOLOGIE
Description: 2006/2007
Keywords: scanning tunneling microscopy
ultra high vacuum
low temperature
gold
organic molecules
azobenzene derivatives
molecular self-assembly
molecular switches
isomerization
surface patterning
platinum
nitric oxide
ammonia
coadsorption complexes
hydrogen bond
Main language of document: en
Type: Tesi di dottorato
Doctoral Thesis
Scientific-educational field: FIS/03 FISICA DELLA MATERIA
NBN: urn:nbn:it:units-7208
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