Hetero-Epitaxie von organischen Nano-Nadeln

Während der letzten Jahre entwickelte sich das Gebiet der organischen Elektronik zu einem wesentlichen Thema in Forschung und Entwicklung. Einerseits resultiert aus der verfügbaren Mannigfaltigkeit an organischen Molekühlen ein breites Spektrum an möglichen Anwendungen. Andererseits bieten eine kostengünstige Produktion und die Verfügbarkeit flexibler Substrate einen weiteren Anreiz für Industrie und Forschung. Im Speziellen wurde während der letzten Jahre versucht, hoch geordnete organische Nano-Strukturen herzustellen bzw. zu erforschen. Auf diesem Gebiet erweckte die Materialkombination von Muscovite Mica und Phenylenen (z.B. Para-hexaphenyl - p-6P) besonderes Interesse. Es wurde demonstriert, dass eine Selbst-Organisation der Molekühle an der Mica Oberfläche zu einer parallelen Ausrichtung von Nano-Nadeln führt, deren physikalische Eigenschaften besonders für optische Anwendungen genutzt werden können. So wurde gezeigt, dass derartige Strukturen als Lichtwellenleiter bzw. Laser Anwendung finden können. Dennoch weisen die erforschten Strukturen einen wesentlichen Nachteil auf - eine begrenzte Verfügbarkeit an Molekühlen, die eine parallele Ausrichtung auf Muscovite Mica erlauben, schmälert das mögliche Spektrum an Anwendungen. Im Speziellen decken diese Molekühle lediglich einen kleinen Teil des optischen Emissionsspektrums ab. Aus diesem Grund gilt es neue Ansätze zu finden, die das Anwendungsspektrum von organischen Nano-Nadeln ausweiten. Im Zuge des Projektes soll demonstriert werden, dass durch die Herstellung von organischen Heterostrukturen mittels Hot Wall Epitaxy Einfluß auf den Grad der makroskopischen Ordnung genommen werden kann. So soll durch die vorgeschlagene Wachstumsprozedur eine parallele Anordnung diverser organischer Molekühle initiiert werden. In Konsequenz würde sich das mögliche Spektrum an verfügbaren Grundbausteinen für organische Nano-nadeln wesentlich vergrößern und damit auch deren Einsatzgebiet (z.B. wie organische Leuchtdioden unterschiedlicher Farbe). In weiterer Konsequenz soll besonderes Augenmerk auf die Herstellung periodischer organischer Heterostrukturen gelegt werden. Es wird erwartet, dass der gezielte periodische Einbau unterschiedlicher Molekühle eine leistungsfähige Methode darstellt, um optische Eigenschaften organischer Strukturen präzise zu kontrollieren bzw. einzustellen.

Moleküle aus der Materialklasse der organischen Halbleiter sind aufgrund ihrer optischen Eigenschaften, wie etwa starker Fluoreszenz oder eines hohen Wirkungsquerschnittes für stimulierte Emission, für optische Anwendungen von besonderem Interesse. Um solche Anwendungen zu realisieren, bedarf es eines soliden Verständnisses bezüglich der Kristallisationsprozesse von organischen Halbleiter-Molekülen. Das vorliegende Projekt beschäftigte sich mit der Präparation und Charakterisierung von kristallinen organischen Nanostrukturen.Als Ausgangspunkt der Untersuchungen diente das stäbchenförmige Molekül para-Hexaphenyl (6P), welches auf Glimmer-Substraten hoch-kristalline, parallele Nano-Nadeln ausbildet. Diese durch Selbstorganisation gebildeten Strukturen zeigen eine polarisierte blaue Fluoreszenz und können als Wellenleiter sowie als Quelle für blaue Laserstrahlung verwendet werden.Um die Farbe des emittierten Lichts zu verändern, wurde im Rahmen dieses Projektes versucht andere Molekülklassen in die gewachsenen Nano-strukturen gezielt einzubringen, z.B. Sexithiophen (6T). Im Laufe der Untersuchungen stellte sich heraus, dass das angestrebte Ziel die Wellenlänge der Laser Emission in den roten Spektralbereich zu verschieben mit Hilfe organischer Mehrschicht-Systeme erreicht werden kann. Konkret konnte man zeigen, dass die strukturellen Eigenschaften von 6P Nano-Nadeln wie eine Schablone für die Ausrichtung der 6T Moleküle genutzt werden können.Auf Basis dieser grundlegenden Untersuchungen konnte schließlich demonstriert werden, dass durch die Herstellung von organischen Mehrschichtsystemen auf die optischen Eigenschaften gezielt Einfluss genommen werden kann, ohne die hochgradig anisotropen Eigenschaften (parallele Nadelorientierung / polarisierte Emission) zu verändern. Im Besonderen konnte gezeigt werden, dass es möglich ist die Wellenlänge der Laser-Emission vom blauen in den grünen und orangen Spektralbereich des sichtbaren Lichts zu verschieben.