Unravelling the multilayer growth of the fullerene C-60 in real time

BOMMEL, S., N. KLEPPMANN, C. WEBER, H. SPRANGER, P. SCHAFER, Jiří NOVÁK, S. ROTH, F. SCHREIBER, S.H.L. KLAPP and S. KOWARIK. Unravelling the multilayer growth of the fullerene C-60 in real time. NATURE COMMUNICATIONS. LONDON: NATURE PUBLISHING GROUP, 2014, vol. 5, 5. 11. 2014, p. 1-8. ISSN 2041-1723. Available from: https://dx.doi.org/10.1038/ncomms6388.

Basic information

• Original name: Unravelling the multilayer growth of the fullerene C-60 in real time
• Authors: BOMMEL, S., N. KLEPPMANN, C. WEBER, H. SPRANGER, P. SCHAFER, Jiří NOVÁK, S. ROTH, F. SCHREIBER, S.H.L. KLAPP and S. KOWARIK.
• Edition: NATURE COMMUNICATIONS, LONDON, NATURE PUBLISHING GROUP, 2014, 2041-1723.

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Article in a journal
• Country of publisher: United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• WWW: URL
• Impact factor: Impact factor: 11.470
• Doi: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms6388
• UT WoS: 000345624800009
• Keywords (in Czech): Růst tenkých filmů; kinetické Monte-Carlo simulace; energetická bariéra; Rentgenový rozptyl; epitaxní růst; růst klastrů; solární články; C60, povrchy; molekuly
• Keywords in English: THIN-FILM GROWTH; KINETIC MONTE-CARLO; STEP-EDGE BARRIERS; X-RAY-SCATTERING; EPITAXIAL-GROWTH; CLUSTER GROWTH; SOLAR-CELLS; SOLID C60; SURFACES; MOLECULES
• Tags: Diffusion, in-situ, multilayer growth, organic semiconductors, real-time, X-ray scattering

Abstract

Molecular semiconductors are increasingly used in devices, but understanding of elementary nanoscopic processes in molecular film growth is in its infancy. Here we use real-time in situ specular and diffuse X-ray scattering in combination with kinetic Monte Carlo simulations to study C-60 nucleation and multilayer growth. We determine a self-consistent set of energy parameters describing both intra- and interlayer diffusion processes in C-60 growth. This approach yields an effective Ehrlich-Schwoebel barrier of E-ES = 110 meV, diffusion barrier of E-D = 540 meV and binding energy of E-B = 130 meV. Analysing the particle-resolved dynamics, we find that the lateral diffusion is similar to colloids, but characterized by an atom-like Schwoebel barrier. Our results contribute to a fundamental understanding of molecular growth processes in a system, which forms an important intermediate case between atoms and colloids.

Abstract (in Czech)

Molekulární polovodiče jsou stále častěji používány v elektronických součástkách, ale porozumění jejich elementárních nanoskopických vlastností je stále v zárodku. V předkládané studii prezentujeme studii nukleace C-60 a růstu jeho multivrstev provedenou pomocí kombinace in-situ spekulárního a difuzního Rentgenového rozptylu v reálném čase a kinetických Monte-Carlo simulací. Pomocí těchto metod jsme určili konzistentní množinu energetických parametrů popisujících difuzi atomů C-60 uvnitř molekulárních vrstev a mezi nimi v průběhu růstu multivrstev. Tento přístup poskytuje efektivní Ehrlichovu-Schwoebelovu bariéru E_ES=110 meV a difuzní bariéru E_D=540 meV a vazební energii E_B=130 meV. Pomocí analýzi částicově rozlišené dynamiky shledáváme, že laterální difúze je podobná koloidům, ale charakterizovaná Schwoebelovou bariérou jako u atomů. Naše výsledky přispívaji k fundamentálnímu porozumění procesů při růstu molekulárních krystalů v systému, který tvoří důležitý mezikrok mezi atomy a koloidy.