Electron acceptor molecules deposited on epitaxial graphene studied by means of low temperature scanning tunneling microscopy/spectroscopy

Resumen

En esta tesis se presenta el estudio de dos moléculas aceptoras de electrones, 7,7,8,8-Tetraciano-p-quinodimetano (TCNQ) y 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetraciano-p-quinodimetano (F4-TCNQ), sobre grafeno epitaxial. El crecimiento y caracterización de sus propiedades electrónicas y magnéticas se realizó mediante Microscopía y Espectroscopia Túnel de Barrido (STM/STS) en Ultra Alto Vacío y a baja temperatura. La capa de grafeno se crece sobre Ir(111) y Ru(0001) mediante descomposición térmica de etileno. Aunque en ambos casos la superficie de grafeno presenta un patrón de moiré, en el caso del Ir(111) la interacción con el grafeno es despreciable, mientras que para el grafeno en Ru(0001) existe una interacción química modulada espacialmente por el patrón de moiré. El balance entre las interacciones molécula-molécula y molécula-substrato es estudiada para ambas moléculas a diferentes recubrimientos mediante STM. El grafeno epitaxial pasiva la superficie altamente reactiva del metal permitiendo el estudio de moléculas individuales prácticamente inalteradas, así como, la formación de estructuras autoensambladas. La STS a baja temperatura se utilizó para desvelar la estructura electrónica de estas capas moleculares. En el caso de las TCNQ sobre grafeno/Ir(111), las moléculas se mantienen prácticamente neutras debido a que, la débil interacción del grafeno con el iridio no permite un transporte eficiente de carga hacia las moléculas de TCNQ. Por otra parte, en el caso de las TCNQ adsorbidas en grafeno/Ru(0001), los experimentos mostraron la ocupación parcial del LUMO de la molécula de TCNQ neutra. Este orbital se divide en dos orbitales con espines opuestos, SOMO y SUMO. El papel de la capa de grafeno es modular la hibridización entre el electrón desapareado transferido y los electrones de conducción del rutenio, dando lugar a un efecto Kondo dependiente de la posición de absorción. Esta dependencia es confirmada para recubrimientos mayores de TCNQ y para moléculas de F4-TCNQ en la misma superficie. Además, el efecto combinado de la interacción atractiva entre las moléculas de TCNQ y la ocupación parcial del LUMO da lugar a la formación de bandas intermoleculares extendidas espacialmente que permiten a las moléculas deslocalizar la carga adquirida. Estas bandas están separadas en espín, con sólo la banda de espín mayoritaria ocupada, como revelaron las medidas de espectroscopia túnel polarizada en espín y los cálculos DFT. La existencia del correspondiente orden magnético a largo alcance es detectado mediante experimentos de STM polarizados en espín a 4.6 K. Estos resultados son la primera evidencia experimental y teórica de la existencia de orden magnético a largo alcance en bandas deslocalizadas en una monocapa molecular puramente orgánica.