Microscopia de tunelamento em moléculas de tetrafenilporfirina de Co em monocamadas isolantes de Cu2N sobre Cu(100)

Abstract

Este trabalho tem por objetivo o estudo das propriedades de moléculas detetrafenilporfirina de cobalto (CoTPP) depositadas em superfíciescristalinas através da técnica de microscopia/espectroscopia detunelamento por varredura (STM/STS) de baixa temperatura. Omonocristal de Cu(110) e os filmes isolantes ultrafinos de Cu2N sobreCu(100) e Cu3N sobre Cu(110) foram utilizados como substratos. Asmonocamadas isolantes de nitreto de cobre são responsáveis pordesacoplar os níveis eletrônicos moleculares da banda contínua dosubstrato metálico, permitindo análises em condições que se aproximamdaquelas para moléculas livres. Esse desacoplamento eletrônicopossibilita, por exemplo, que modos vibracionais característicos dasmoléculas sejam observados. Durante a preparação da camada de Cu2Nsobre Cu(100) há a formação de duas regiões distintas no substrato, sendopossível estudar as porfirinas nas mesmas condições do sistema, mas emsítios de adsorção que diferem entre si. Tanto as imagens topográficasquanto a densidade eletrônica das moléculas de CoTPP se mostrambastante sensíveis ao local de adsorção e às diferentes superfíciesutilizadas. Dentre os resultados principais obtidos nesta tese estão:dependência da aparência das moléculas de CoTPP nas imagens de STMcom o substrato utilizado e com o potencial aplicado; bem como distintosvalores de energia dos orbitais moleculares (picos de STS); a deposiçãosobre a superfície Cu2N-Cu(100) permitiu acesso aos estados vibrônicosda molécula de CoTPP; e a observação do efeito Kondo no macrocicloporfirínico, limitado ao Co central das moléculas, quando posicionadasem sítios de interface entre Cu(100) e Cu2N, com TK = 127 K. A parteteórica foi desenvolvida através de cálculos de primeiros princípiosutilizando a teoria dos funcionais de densidade para a molécula de CoTPPsobre o substrato Cu2N-Cu(100).<br>

Abstract : The aim of this work is the study of cobalt tetraphenylporphyrin (CoTPP)molecules properties deposited on crystalline surfaces by low temperaturescanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) technique. TheCu(110) monocrystal and monolayers of Cu2N on Cu(100) and Cu3N onCu(110) were used as substrates. Insulating monolayers of copper nitrideare responsible for reducing the coupling between the molecular energylevels and metal substrate surface, allowing the analysis in approximatedconditions for those of free molecules. This electronic decoupling allows,for example, the observation of characteristic molecules vibrationalmodes. The Cu2N layer preparation on Cu(100) leads to formation of twodistinct regions on the substrate, enabling the study of porphyrins undersame system conditions, however, at different adsorption sites. Bothtopographic images and the electron density of the CoTPP molecules arevery sensitive to the adsorption site and surfaces used as substrate. Amongthe main results obtained in this thesis are: the CoTPP moleculeappearance in the STM images depends on the substrate and the appliedpotential; as well as different molecular orbitals energy values (STSpeaks); CoTPP deposition on the Cu2N-Cu(100) surface enables theaccess to the vibrational states of CoTPP molecules; and the observationof the Kondo effect, with TK = 127 K, for molecules positioned atinterface sites, i.e., between Cu(100) and Cu2N. These effects are limitedto the the porphyrin macrocycle, to the central Co atom. Theoreticalstudies were developed for the CoTPP molecule on the Cu2N-Cu(100)substrate through ab initio calculations by density states theory.