MoO₃ wird seit Jahren in organischen Bauelementen als ultradünne Zwischenschicht eingesetzt, um elektrische Ladungen gezielt zu transportieren. Bisher war jedoch mikroskopisch nicht vollständig geklärt, wie genau der Ladungstransfer an den Grenzflächen zwischen MoO3 und organischen Halbleitern abläuft.
Das Grazer Team hat nun einen ultradünnen MoO3-Film als Modellsystem verwendet und die Wechselwirkung mit Phthalocyanin-Molekülen, einem typischen organischen Halbleiter, untersucht. Die Ergebnisse basieren auf einer Kombination hochauflösender Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie, Röntgenabsorptions- und Photoemissionsspektroskopie sowie quantenmechanischer Simulationen. Damit konnten sowohl die strukturellen Eigenschaften als auch die elektronischen Zustände an der Grenzfläche detailliert untersucht werden.
Die Studie zeigt, dass beim Kontakt des organischen Moleküls mit der ultradünnen MoO₃-Schicht ein Elektron vollständig aus dem Molekül in das Oxid übertragen wird. Dieser sogenannte integer charge transfer führt zur Bildung positiv geladener Moleküle, deren elektronisches Verhalten stark von ihrer Orientierung und der Wechselwirkung mit benachbarten Molekülen auf der Oberfläche abhängt.
Die Studie entstand in Zusammenarbeit mit Partnern am CNR-IOM in Triest sowie am Institut für Chemie der Universität Graz. Sie wurde unter anderem von der Universität Graz und der DocAcademy NanoGraz gefördert.
M. Niederreiter, M. Laßhofer, F. Presel, G. Zamborlini, L. Floreano, L. Schio, N. C. Mösch-Zanetti, S. Surnev, P. Puschnig, M. Sterrer
Microscopic origin of charge transfer at the organic semiconductor/MoO3 hybrid interface.
J. Phys. Chem. C, 2025, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5c05641