Lo sviluppo di una elettronica su base organica, facilmente integrabile con elettrodi metallici e nuovi materiali polimerici di largo consumo, ha reso necessario lo sviluppo di studi sistematici sulle proprietà fisiche e chimiche di singole molecole o piccoli aggregati di molecole. Lo tecniche sperimentali già in uso nell’ambito della fisica delle superfici (come ad esempio il microscopio ad effetto tunnel - STM) ha reso possibile indagare processi chimico-fisici su scala nanoscopica, quella cioè delle molecole stesse. I meccanismi alla base dell’interazione fra molecole e fra molecole e substrato (metalli, semiconduttori, polimeri, etc.) non sono sempre chiari benché influenzino significativamente le proprietà ottiche e di trasporto delle molecole. La possibilità di migliorare l’efficienza di transistor organici, celle solari, celle a combustibile, processi di catalisi, sensori di gas, etc. passa necessariamente attraverso la nostra conoscenza dei fenomeni di interazione molecola-substrato e la nostra capacità di manipolare le proprietà fisiche di aggregati molecolari cresciuti su una superficie.
Il progetto di ricerca in cui si inquadra la proposta di tesi si propone di studiare le strutture e le proprietà elettroniche di film di molecole (quali porfirine, ftalocianine, tiofeni, etc.) cresciuti su diversi cristalli metallici (ferro, rame, oro) e loro ossidi nano strutturati. Particolare attenzione sarà poi dedicata al problema fondamentale di metallizzazione dei film organici (cioè la crescita di film metallici sopra un film organico di partenza), non ancora risolto sia da un punto di vista sperimentale che teorico.
Il lavoro di tesi, dal forte carattere sperimentale ed incentrato su uno studio fisico del sistema organico, prevede il coinvolgimento dello studente nella realizzazione ed analisi di nanostrutture di molecole su metallo, ottenute mediante tecnica di sublimazione in camera da vuoto (organic molecular beam epitaxy, MBE), grazie alla collaborazione con un gruppo esperto di crescita organica dell’Università di Milano-Bicocca (prof. A. Sassella). L’analisi viene poi eseguita presso il laboratorio STM del Dipartimento di Fisica e prevede uno studio microscopico e spettroscopico delle proprietà del film organico cresciuto.
A titolo di esempio, riportiamo una ricerca condotta nel nostro laboratorio STM su alcune molecole organiche chiamate porfirine (si veda la figura 1), di notevole interesse in fisica e chimica, perché presenti in natura ad esempio nella clorofilla e nel gruppo eme del sangue. Queste molecole sono oggi considerate preziose nel campo dell’elettronica organica per le loro particolari caratteristiche chimico-fisiche. Nonostante ciò, le proprietà di aggregazione molecolare su diversi substrati conduttivi possono compromettere la stabilità delle porfirine e, conseguentemente, il loro effettivo uso nei dispositivi elettronici. Il microscopio STM permette di indagare il comportamento locale delle molecole cresciute su substrato(si veda la figura 2) e quindi di trovare le migliori condizioni di stabilità molecolare sulla superficie.