광전자 궤도 단층 촬영으로 유기 반도체 박막 구조 추적

광전자 궤도 단층 촬영(POT)은 유기 분자 박막의 궤도 및 전자 띠 구조를 분석하는 강력한 도구입니다. 기존에는 주로 단일층 또는 이중층에 적용되어, 더 두꺼운 박막에서도 구조 정보를 제공할 수 있는지에 대한 의문이 있었습니다. 본 연구는 POT를 활용하여 Cu(110)-p(2×1)O 기판 위에 흡착된 최대 8개 층의 α-섹시티오펜(6T) 박막에서 띠 분산을 분석했습니다. 6T는 분자 내 및 분자 간 띠 분산 개념을 설명하는 이상적인 모델 시스템으로 확인되었습니다. POT를 통해 얻은 풍부한 띠 및 궤도 구조 정보는 층 두께에 따른 결정 구조의 미묘한 변화를 추적할 수 있게 했습니다. 특히, 분자 간 띠의 주기성이 박막 두께에 따라 변하며, 이는 층 수가 증가함에 따라 분자 간 거리가 늘어남을 시사합니다. 동시에, 6T의 최고 점유 분자 궤도(HOMO)에서 발생하는 광전자 방출의 운동량 분포는 분자 기울기 각도의 감소를 나타냈습니다. 기울기 각도와 격자 상수의 변화를 추적한 결과, 순수하게 전자 구조 데이터만을 기반으로 표면 템플릿화된 단일층 구조가 벌크 6T 결정 구조로 이완되는 과정을 관찰했습니다. 이러한 실험 결과는 밀도 범함수 이론 계산 결과와도 잘 일치합니다. 본 연구는 POT가 두꺼운 유기 반도체 박막의 미세 구조 변화를 밝히는 데 효과적임을 입증하며, 유기 전자 소자의 성능 최적화를 위한 재료 설계에 중요한 통찰력을 제공합니다.