Subnanometerauflösung und erhöhter Reibungskontrast an der Oberfläche von Perylendiimid PDI8-CN₂​-Dünnschichten unter Umgebungsbedingungen

Wir berichten über hochauflösende Oberflächenmorphologie- und Reibungskraftkarten von polykristallinen organischen Dünnfilmen, die durch Abscheidung des Perylendiimid-Halbleiters PDI8-CN₂ vom n-Typ erhalten wurden. Wir zeigen, dass die in der Ebene liegende molekulare Anordnung in geordneten, kofazialen, schlupfgestapelten Reihen zu einer weitgehend anisotropen Oberflächenstruktur mit einer charakteristischen Sägezahnwelle von einigen Wellenlängen und Höhen von Ångströms führt. Lastgesteuerte Experimente zeigen verschiedene Arten von Reibungskontrasten zwischen den abwechselnd geneigten und gestuften Bereichen mit Übergängen von dissipativem Stick-Slip im atomaren Maßstab zu glattem Gleiten mit ultraniedriger Reibung innerhalb der Oberflächeneinheitszelle. Insbesondere wird eine so reiche Phänomenologie unter Umgebungsbedingungen erfasst. Wir zeigen, dass der Reibungskontrast durch numerische Simulationen gut reproduziert wird, wobei eine verringerte Wellung des Spitzenmolekülpotentials in der Nähe der Stufenkanten angenommen wird. Wir schlagen vor, dass die Seitenalkylketten in eine kompakte Deckschicht mit niedriger Oberflächenenergie gepackt werden und die Reibungsmodulation die periodische Heterogenität der Biegeeigenschaften der Ketten und die Verankerung unter der Oberfläche an den Perylenkernen widerspiegelt.