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Spectroscopy of individual bipolar molecular heterojunctions using scanning tunneling microscopy

Spectroscopy of individual bipolar molecular heterojunctions...

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第18届国际真空大会

作者： Ryan Yamachika Daniel Wegner Yasaman Bahri g.org. samsonidze Marvin L. Cohen Steven g. Louie T. Don Tilley Rachel A. Segalman Michael F. Crommie Department of Physics University of California at BerkeleyMaterials Science DivisionLawrence Berkeley National Laboratory Chemical Science Division Lawrence Berkeley National Laboratory Department of Chemical Engineering University of California at Berkeley Department of ChemistryUniversity of California at Berkeley

Bipolar molecules incorporating donor and acceptor components within a single molecule provide new device opportunities due to their intrinsic behavior as nanoscale p-n heterojunctions. The suitability of such molecules for photovoltaic applications depends on many factors, including the energy and spatial distribution of molecular orbitals, the influence of environment, how the molecules are assembled, and optical excitation response. Here we report a direct characterization of the local electronic structure of the bipolar molecule bithiophene naphthalene diimide （BND）. Using scanning tunneling spectroscopy, we were able to study the internal electronic structure of individual BND molecules on a thin insulating layer of NaCl. We find that BND molecules exhibit type II heterojunction behavior with orbital energy shifts occurring over subnanometer intramolecular interface distances. At higher coverage on metal substrates BND molecules with different bridge structures self-assemble into 1-d molecular chains. Our experimental results can be understood through the use of first-principle theoretical modeling, and provide new insights into how these molecular systems might be optimized.

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