Electronic structure of highly-correlated low-dimensional organic conductors

Abstract

Organic conductors are a large class of strongly-correlated low-dimensional materials, exhibiting a variety of fundamental phenomena. Some of these materials are close to wide implementation in industry as components for electronics and alternative power engineering. All of the organic conductors are interesting for fundamental research because of their variety of phenomena and because these materials do not occur naturally. The present work addresses the fundamental questions of electronic structure investigations and their correlation with other known properties of the organic materials. Following this goal, the phase characterization of the (DOEO)4[HgBr4]·TCE organic charge transfer complex was performed based on spectroscopic data (X-ray absorption and photoelectron spectroscopy using soft and hard X-rays from synchrotron sources) compared to resistivity, magnetic susceptibility and electron spin resonance. Furthermore, observed changes of the electronic structure of the unoccupied states in TTF-TCNQ organic metal crystals, which develop with cooling, suggest band gap opening at the Peierls transitions. Additionally, pre-transitional structural fluctuation of the acceptor (pyramidalization of TCNQ) was observed. Two more charge transfer organic complexes were investigated in scope of the present work using X-ray absorption: DTBDT-TCNQ and DTBDT-F4TCNQ. Comparison of the X-ray absorption spectra with theoretical calculations (performed in the group of R. Valentí, University of Frankfurt (M)) reveals and quantifies the strong effect of the core-hole that leads to a reassignment of the X-ray absorption signals.

Organische Leiter sind eine große Klasse von niederdimensionalen Materialien mit starken elektronischen Korrelationseffekten, die viele verschiedene grundlegende Phänomene aufweisen. Einige dieser Materialen sind attraktiv für einen breiten Industrieeinsatz als Komponenten für organische Elektronik und alternative Energietechnik. Alle von ihnen sind sehr interessant für die Grundlagenforschung, weil diese Materialien eine Vielzahl besonderer Phänomene aufweisen und nicht natürlich auftreten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit grundlegenden Fragen zur Untersuchungen der elektronischen Struktur und ihrer Korrelation mit anderen bekannten Eigenschaften der organischen Materialien. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde die Phasencharakteristik des organischen Komplexes (DOEO)4[HgBr4]·TCE auf Basis von spektroskopischen Daten (Röntgenabsorption und Photoelektronenspektroskopie mit Synchrotronstrahlung im Nieder- und Hochenergiebereich) im Vergleich mit elektrischem Widerstand, magnetischer Suszeptibilität und Elektronenspinresonanz untersucht. Darüber hinaus wurde die elektronische Struktur der unbesetzten Bänder in Kristallen des organischen Metalls TTF-TCNQ untersucht. Bei der Abkühlung tritt eine markante Änderung der elektronischen Zustände auf. Kurz vor dem Peierls Phasenübergang wurden strukturelle Fluktuationen des Akzeptors (Pyramidalisierung von TCNQ) beobachtet. Zwei weitere organische Komplexe mit Ladungstransfer: DTBDT-TCNQ und DTBDT-F4TCNQ wurden mittels kantennaher Röntgenabsorption (NEXAFS) untersucht. Durch Vergleich mit systematischen Berechnungen (der Gruppe R. Valentí, Universität Frankfurt (M)) konnte der Einfluß des Loches in der inneren Schale erstmalig quantiziert werden. Dies führte zu einer Neuzuordnung der Röntgenabsorptionssignale.