En este trabajo se estudia el crecimiento de películas orgánicas e inorgánicas en diferentes
sustratos, y la interacción de protones de baja velocidad con las mismas. En particular, se
estudia el auto-ensamblado y la estabilidad térmica de moléculas orgánicas de EP-PTCDI
en superficies de Si (111) y Ag (111) empleando numerosas técnicas de análisis de
superficies (AES, UPS, XPS, NEXAFS, STM, AFM, TOF-DRS, TOF-ISS, DFT-VASP); y
los procesos de pérdida de energía e intercambio de carga de protones al atravesar láminas
delgadas de C, Ag, fluoruros (AlF_3 y LiF) y moléculas orgánicas (EP-PTCDI).
En el caso de la adsorción de moléculas de EP-PTCDI sobre el sustrato de Si (111)–(7×7),
se observa que para bajas coberturas, las moléculas se adsorben aisladas entre sí, en
distintos sitios de adsorción definidos. No se pudo obtener una condición en la cual las
moléculas se auto-ensamblen: ni aumentando la cobertura, ni calentando el sustrato al
momento de evaporar, ni calentando la muestra luego de adsorber las moléculas. Esto
indica que la interacción molécula-sustrato es muy fuerte y mayor a la interacción
molécula-molécula. Al formar películas delgadas (~ 20 nm), se observa que las moléculas
se agrupan hasta formar islas tridimensionales (3D) que no se unen completamente entre
ellas.
En el caso de la adsorción de EP-PTCDI sobre el sustrato de Ag (111), se observa que aún
para muy bajas coberturas las moléculas empiezan a auto-ensamblarse acostadas casi
planas, cerca a los escalones de la superficie hasta formar una monocapa ordenada. Para
deposiciones de algunas pocas capas atómicas se observa que la película continúa creciendo
ordenadamente, pero comenzando a formar islas 3D; y finalmente para las películas
delgadas se observa la formación de islas 3D semiconductoras que no se unen
completamente entre sí. La interacción molécula-sustrato (caso de la monocapa) es mayor a
la interacción molécula-molécula (multicapa), pero menor que en el caso del sustrato de
Silicio. Los cálculos realizados nos confirman la geometría de auto-ensamblado de la
primera monocapa y nos permiten interpretar las imágenes de STM y los espectros de UPS
de la primera monocapa.
Los estudios de la desorción de multicapas de EP-PTCDI nos indican que para
temperaturas superiores a 200 ºC la molécula pierde los grupos terminales -EP junto con los
átomos de O y N del núcleo de PTCDI, dejando sólo lo que parece ser el núcleo de Perileno
de la molécula formando estructuras ordenadas en la superficie.
Para el estudio de interacción de iones con láminas delgadas y superficies, se realizan
mediciones de la pérdida de energía de protones a bajas velocidades transmitidos a través
de películas delgadas de LiF, AlF_3 y EP-PTCDI adsorbidas sobre láminas auto-soportadas
de C y Ag. Los resultados del poder de frenado para LiF y AlF_3 muestran un umbral bien
definido alrededor de una velocidad media del proyectil de 0.1 u.a. (debido al gap de
energía propio de estos aislantes) y a partir de esta velocidad, un incremento lineal con la
velocidad. En el caso de la película de EP-PTCDI, el poder de frenado sigue una
dependencia lineal proporcional con la velocidad. Los resultados experimentales de los
fluoruros y de las moléculas de EP-PTCDI se logran reproducir, sumando el poder de
frenado respectivo de cada componente con su estoiquiometría correspondiente (regla de
suma de Bragg), para velocidades por encima de ~ 0.3 y 0.2 u.a., respectivamente. Sin
embargo, este modelo no reproduce el umbral en velocidades observado experimentalmente
en los fluoruros, por lo que en este trabajo se desarrolló un modelo sin parámetros libres
que considera a los electrones de valencia excitados como electrones libres, pero con una
restricción en la sección eficaz de transporte que incluye una transferencia mínima de
energía debida al gap de energía. Este modelo reproduce bien el comportamiento general y
los valores absolutos del poder de frenado en todos los materiales estudiados, que incluyen
aislantes con grandes gaps en energía, semiconductores con pequeños gaps en energía y
conductores. El umbral en velocidades medido para los fluoruros se describe bien con este
modelo.
Se completa el estudio de interacción de iones con láminas delgadas y superficies midiendo
la fracción de iones transmitidos para cada sistema, y se discuten los resultados
experimentales en base a consideraciones cualitativas de procesos de transferencia de carga
resonante entre los estados electrónicos del proyectil y de los diferentes blancos. En el caso
de las láminas de C se observa que la fracción de iones aumenta con la energía del
proyectil. La fracción de iones totales crece desde 7% hasta 23% para 1 y 7.2 keV de
energía de salida, respectivamente. La fracción de iones negativos es < 5% en todo el
rango energético. A diferencia del C, en el caso de AlF_3 la fracción de iones totales es
mayor, aproximadamente constante y aumenta para energías menores de 2 keV llegando a
ser del 35% mientras que para energías entre 2 y 6.4 keV es del orden de 28%. La fracción
de iones negativos es menor que en el caso de C, alrededor de 2%. En el caso de LiF; la
fracción de iones totales varía entre 15 y 25% para energías de salida del proyectil entre 0 y
5.5 keV. La fracción de iones negativos crece con la energía de salida hasta un 4% y a
partir de los 3 keV permanece constante. Finalmente, en el caso de las moléculas orgánicas,
se realizan mediciones de la fracción de iones a una dada energía en función del espesor de
la película de EP-PTCDI. Se observa que la fracción de iones en EP-PTCDI llega al
equilibrio para espesores mayores a 80 Å
