Rastertunnelmikroskopie kombiniert mit optischen Methoden und ihre Anwendung für opto-elektronische Experimente an nanoskopischen Strukturen

Die vorliegende Arbeit untersucht mittels lichtunterstützter Tunnelmikroskopie (STM) den Elektronentransport in farbstoffbedeckten, nanoporösen TiO2-Schichten, die in photoelektrochemischen Solarzellen eingesetzt werden. Transportrelevante Eigenschaften wie die elektronische Zustandsdichte sowie lichtinduzierte Vorgänge wie der Aufbau einer lichtinduzierten Oberflächenladung und lokale Photoströme werden ortsaufgelöst gemessen. Für einen möglichen Einsatz in lichtunterstützter Tunnelmikroskopie werden desweiteren Gold-Nanopartikel auf einer Amino-Hexanthiol-Monolage auf Coulomb-Blockaden untersucht. Den zweite Schwerpunkt stellen methodische Arbeiten zur Messung optischer Nahfelder in STM-Experimenten dar. Erstens sollen die Vorteile von Apertur- und aperturloser optischer Rasternahfeld-Mikroskopie mit komplett metallisierten Faserspitzen verbunden werden, die durch die Faser beleuchtet werden. Es gelingt nicht, theoretisch vorhergesagte hohe optische Auflösungen zu bestätigen. Zweitens werden transparente Spitzen aus Sb-dotiertem Zinnoxid erfolgreich als Tunnelspitzen getestet. Die Spitzen ermöglichen STM-Elektrolumineszenz-Experimente zur Charakterisierung optischer Nahfelder, ohne diese durch eine metallische Spitze zu beeinträchtigen. In einer STM-Studie wird das Selbstorganisations-Verhalten von Oktanthiol und Oktandithiol auf Au(111) aus Ethanol untersucht. Bei geringer relativer Konzentration der Dithiole (1:2000), bildet sich eine Phase liegender Dithiole, deren Ordnung durch die Präsenz der Oktanthiole katalysiert wird. Schließlich wird ein als 'dynamische Tunnelmikroskopie' bezeichneter Modus für die Tunnelmikroskopie in elektrisch leitfähiger Umgebung erfolgreich getestet, der zur Unterdrückung des elektrochemischen Leckstromanteils die Ableitung des Stroms nach dem Abstand als STM-Abstandssignal verwendet.

Electron transport in dye-sensitised TiO2 layers as used in photoelectrochemical solar cells is measured by photo-assisted STM. The electron density of states, a surface photo voltage and local photo currents are measured in a spatially resolved fashion. For potential use in photo-assisted STM gold nanoparticles immobilised on a amino-hexanthiol monolayer are checked for Coulomb blockades. The second focus lies on measuring optical near-fields in STM-experiments. First, the advantages of aperture and apertureless scanning optical near-field microscopy shall be combined by entirely metal coated fiber probes illuminated through the fiber. However, theoretically predicted high optical resolution is not found. Secondly, transparent Sb-doped tin oxide tips are successfully tested as STM-probes. The tips allow for the measurement of STM-induced electroluminescence as a way to characterise optical near-fields without modifying them by a metallic probe. The self-assembly of octanethiol and octanedithiol on Au(111) from ethanol is studied by STM. At low relative dithiol concentration a layer of lying down dithiols is observed whose molecular ordering is supported by the octanethiol molecules. Eventually a novel STM mode in conducting liquids, 'dynamical tunnelling microscopy', is tested which uses the current derivative with respect to the distance as STM-signal to suppress the electrochemical leakage current.