In this thesis, large organic molecules are investigated on metal and oxide surfaces by means of a low temperature scanning tunneling microscope (LT-STM) working at 5 K. All the studied systems are of particular interest for the development of molecular electronics, which is based on the application of single molecules for electrical devices. This work begins with the study of the lateral manipulation in constant tip height of the Lander molecule, a specially designed molecular wire, on Cu(211). The exact molecular conformations of the molecule on Cu(211) were determined with the help of theoretical calculations and allow a first understanding of the modifications induced to the molecule upon manipulation. A statistical analysis of the manipulation experiments was done demonstrating the effect of the substrate atomic corrugation on the manipulation direction. Furthermore, by studying the current signal recorded during the manipulation and comparing it with theoretical calculations, information on the molecular deformations during its movement on the surface were extracted. In the second part of the thesis, the study of the formation of thin vanadium oxide films grown on Cu3Au(100) is presented. New oxide phases have been formed that exhibit novel, non-bulk-like structures. The thin vanadium oxide films have been used to decouple pentacene molecules from the metallic substrate. The adsorption of the pentacene molecule was investigated firstly on Cu3Au(100), then on the oxidized Cu3Au(100), and finally on thin vanadium oxides films. The decoupling effect of the oxide film has allowed the imaging of the unperturbed molecular HOMO (highest occupied molecular orbital). Finally, an azobenzene derivative is studied on Au(111). The molecular conformation upon adsorption was exactly determined. Azobenzene is a very well known molecular switch in the gas phase and in solution, based on a trans-cis isomerization. By applying voltage pulses with the STM tip, the reversible isomerization of the molecules from the trans to the cis configuration was realized. The switching process was studied in detail by changing the STM parameters thus successful selecting diverse driving mechanisms of the isomerization process. It turned out that the reversible isomerization is induced by the electric field in the STM junction. Furthermore, in the case of the cis->trans switching, the role of tunneling electrons in the process was investigated. Moreover, a part of the work is dedicated to the construction of a LT-STM capable of molecular imaging and manipulation, which has been used for the experiments described in this thesis.
In dieser Arbeit werden grosse organischeMoleküle aufMetall- und Oxydoberflächen mit einem Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop (TT-RTM) bei 5 K untersucht. Die betrachteten Systeme sind alle von grossem Interesse für die Entwicklung der molekularen Elektronik, welche auf der Anwendung einzelner Moleküle für elektrische Baugruppen basiert. Die Arbeit beginnt mit der lateralen Manipulation eines sogenannten "Lander- Moleküls", als Beispiel einesmolekularen Leiters ("molecularwire") auf einer Cu(211) Oberfläche, mit dem RTM bei konstanter Spitzenhöhe. Die detaillierten molekularen Konformationen dieses Moleküls auf Cu(211) wurden mit Hilfe theoretischer Rechnungen bestimmt. Sie erlauben weiterhin ein erstes Verständnis der spitzeninduzierten Modifikationen bei der Manipulation. Der Einfluss der Substratkorrugation auf die Manipulationsrichtung wurde durch eine statistische Analyse verifiziert. Aus einem Vergleich des gemessenen Manipulationstunnelstroms mit Rechnungen erhält man Informationen über die Deformation der Moleküle während der Bewegung auf der Oberfläche. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit dem Wachstum dünner Vanadiumoxydfilme auf Cu3Au(100). Oxydphasen mit neuen nicht "bulk"-ähnlichen Strukturen wurden hergestellt. Diese dünnen Filmewurden benutzt um Pentacenmoleküle von der metallischen Oberfläche zu entkoppeln. Die Adsorption der Pentacenmoleküle wurde systematisch in allen Präparationsschritten des Vanadiumoxydfilms untersucht; zuerst auf reinem Cu3Au(100), dann auf oxydiertem Cu3Au(100) und schliesslich auf den Vanadiumoxydfilmen. Der Oxydfilm entkoppelte das Molekül von der metallischen Oberfläche, so dass das molekulare HOMO ("highest occupied molecular orbital") im RTM-Bild ungestört dargestellt werden konnte. Schliesslich wird im letzten Teil der Arbeit ein Azobenzolderivativ auf Au(111) untersucht. Das Molekül präsentiert einen bekannten molekularen Schalter in der Gasphase und in Lösung, basierend auf einer trans-cis Isomerisierung. Die Konformation der adsorbierten Moleküle wurde untersucht. Die reversible Isomerisierung des Moleküls auf der Oberfläche von trans nach cis wurde durch Spannungspulse mit der RTM- Spitze induziert. Die zugrundeliegenden Mechanismen dieses Schaltprozesses wurden in einer systematischen Studie durch Änderung der RTM Parameter erforscht. Die reversible Isomerisierung von trans nach cis wird durch das elektrische Feld unter der RTM-Spitze induziert. Weiterhin wurde die Rolle der Tunnelelektronen im Prozess der cis->trans Isomerisierung untersucht. Ein Teil der Arbeit behandelt den Aufbau des Tieftemperatur- Rastertunnelmikroskops zur Abbildung undManipulation vonMolekülen auf Oberflächen, das in dieser Arbeit benutzt wurde.
