Electronic bands of nanoporous networks and one-dimensional covalent polymers assembled on metal surfaces

Resumen

En esta tesis se ha estudiado la estructura electrónica de seis redes nanoporosas orgánicas diferentes crecidas en superficies metálicas en condiciones de ultra alto vacío. Para ello se ha utilizado principalmente la técnica de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES). Estos resultados se han complementado con medidas de espectroscopia de efecto túnel a baja temperatura (LT-STM/STS) y simulaciones teóricas con EBEM/EPWE, DFT y PAM. Los avances en estos sistemas nos han permitido entender los mecanismos de crecimiento de dichas redes nanoporosas, así como su capacidad de confinar en los poros los electrones de los estados de superficie del sustrato metálico. Hemos comprobado que los estados confinados en los nanoporos se acoplan formando bandas electrónicas características. Así mismo, dependen de la barrera de potencial que la red ejerce sobre los electrones de superficie, las cuales tienen un carácter repulsivo (tanto las moléculas como los metales de coordinación). Además, se detecta por primera vez, la existencia de una renormalización en energía y masa del estado de superficie, lo cual está provocado por su interacción vertical con la red nanoporosa. Esta renormalización está presente en redes nanoporosas metal-orgánicas y es posiblemente debida a una hibridación del estado de superficie con los metales de coordinación o por un cambio en la geometría (altura) de la red nanoporosa.En la segunda parte de la tesis se ha estudiado la síntesis y estructura de bandas electrónicas de una capa ultrafina (de una altura atómica) de polímeros con forma de zigzag crecida sobre una superficie escalonada de Ag(111). Dicha capa orgánica se extiende por toda la superficie y se alinea siguiendo los escalones monoatómicos del sustrato. Este alto grado de alineamiento es crítico para su posterior estudio mediante técnicas que promedian en el espacio, como es el caso de la fotoemisión. Los polímeros con geometría zigzag que hemos formado presentan una zona de energía prohibida entre sus orbitales frontera superior a su homólogo rectilíneo (el poli-(para-fenileno)). Además presentan una estructura de bandas peculiar, con bandas muy poco dispersivas, evidenciando un posible confinamiento electrónico de los electrones en las secciones rectas. En los codos, donde están las uniones meta, se reduce drásticamente el acoplamiento electrónico entre secciones rectilíneas vecinas, transformando el poli-(para-fenileno) en un polímero que presenta puntos cuánticos lineales. Esto se demuestra mediante medidas de LT-STM/STS donde se observan niveles moleculares discretos. Hemos conseguido controlar los estados confinados modificando la longitud de los segmentos entre uniones meta, es decir, la dimensión de los puntos cuánticos. Finalmente, también se aprecia que la zona de energía prohibida entre los estados de valencia y de conducción disminuye linealmente conforme aumenta la sección recta del polímero zigzag, es decir, muestra un comportamiento inversamente proporcional al número de anillos fenilos que conforman el punto cuántico.