Paper by: Leo Gross, Fabian Paper by: Leo Gross, Fabian MohnMohn, , NikolajNikolaj Moll, Moll, Peter Peter LiljerothLiljeroth, Gerhard Meyer, Gerhard Meyerjj yy

Presented by : Florencia Paredes

Soah LeeTim Burke

M ti ti Motivation Background Scanning Tunneling Microscopy (STM)Scanning Tunneling Microscopy (STM) Atomic Force Microscopy (AFM)

IntroductionCh ll Challenges Why is it difficult to get atomic resolution?

ResultsResults Images and force fields obtained Comparison with ab initio calculations C l i /F  W k Conclusions/Future Work

2

l l f f Ultimate goal of surface microscopy??

D t i i  i di id l  t i   fi ti !! Determining individual atomic configurations!!

3

(Image adapted from original by the National Institute for Materials Science)

STMSTM

Fine probe tip scanning  Measures density of states on 

sample near Fermi Surface Conductive tip and samplep p

High vacuum with very clean surfaceclean surface

Can damage sample 

4(Image courtesy of Institut für Angewandte Physik)

AFMAFM

Fine probe tip scanning  Measures force interaction Can be performed 

on insulatorson insulators

Ambient conditions(possible)(possible)

Noncontact scanning (possible)

5(Image courtesy of Angewandte Physik)

Imaging of single atomson molecules

With AFM using CO tip

Image complete chemical structure of an individual molecule with atomic resolutionresolution

Noncontact Atomic Force Microscopy (NC‐AFM)Microscopy (NC AFM)

6(Image courtesy of IBM Research, Zurich)

High contrast STMSTM

Tip Geometry  Atomic composition Atomic composition Stability

Forces measured  Neglect long range forces

▪ van derWaals

AFMAFM

▪ van derWaals▪ Electrostatic 

7

(A) Ball‐and‐stick model of the pentacene molecule(B)  Constant‐current STM image of pentacene(C &D) Constant‐height AFM images of pentacene

acquired with a CO‐modified tip8

Constant‐height AFM images of pentacene on NaCl(2ML)/Cu(111) Constant height AFM images of pentacene on NaCl(2ML)/Cu(111) using  different tip modifications

Cu NaCl/CuCu NaCl/Cu

(A) Ag, (B) CO, (C) Cl, and (D) pentacene

9

“M   f  d f   hift Δf (A)  d  t t d “Maps of measured frequency shift Δf (A) and extracted vertical force FZ (B) at different tip heights z. Corresponding line profiles of Δf (C) and FZ (D) along the long molecular axis.” 10

Calculated

Measured

“Calculated energy map (A) for a CO‐pentacene distance of d = 4 5 Å  Calculated line profiles of Calculated energy map (A) for a CO pentacene distance of d   4.5 Å. Calculated line profiles of the energy (B), the vertical force (C), and Δf (D) above the long molecular axis for different molecular distances. (E and F) force‐distance curves above different molecular sites. The inset in (E) shows a measured Δf map with the different molecular sites indicated.” 11

EXPERIMENTAL DATAEXPERIMENTAL DATA CALCULATIONSCALCULATIONS

12

l l l Atomic resolution in NC‐AFM imaging on molecules requires entering repulsive force regime

Precise information about the probe tip is necessary for interpreting the force measurementsp g

With a CO tip, it was possible to achieve single atom resolution for an entire molecule on both conducting and insulating substrates

13

Optimize tip molecule for range of target samples Optimize tip molecule for range of target samples

Use technique to calculate quantitative molecular parametersparameters

Characterize stability issues for easier future applicationapplication

Extend to ambient conditions

Use to investigate single‐electron transport and charge distributions in metal‐molecule systems on the atomic scalescale

14

G  L  M h  F  M ll  N  Lilj th  P  & M  G  ( )  Th   h i l  Gross, L., Mohn, F., Moll, N., Liljeroth, P., & Meyer, G. (2009). The chemical structure of a molecule resolved by atomic force microscopy. Science (New York, N.Y.), 325(5944), 1110‐4. doi:10.1126/science.1176210

Sader, J. E., & Jarvis, S. P. (2004). Accurate formulas for interaction force and energy in frequency modulation force spectroscopy. Applied Physics Letters, 84(10), 1801. doi:10.1063/1.1667267

Giessibl, F. J. (2003). Advances in atomic force microscopy. Reviews of Modern Physics, 75(3), 949‐983. doi:10.1103/RevModPhys.75.949

Unattributed pictures and quotes are from the first listed reference.

15