Einzelmolekülmagnete (SMMs) sind die kleinstmöglichen Einheiten, die alle Voraussetzungen für ein stabiles magnetisches Moment auf makroskopischen Zeitskalen mitbringen. Diese Eigenschaft positioniert sie unter die vielversprechendsten Kandidaten zur Implementierung in künftige Anwendungen im Bereich der molekularen Elektronik oder Spintronik. Zur Untersuchung möglicher Konzepte der Kontaktierung, sowie ihrer strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften im Bereich einzelner Moleküle ist die Rastertunnelmikroskopie (STM) ideal geeignet. Bis dato verbleiben allerdings viele offene Fragen in Bezug auf ihre Oberflächen-Adsorption, die Wechselwirkung mit ihrer Umgebung sowie die Stabilität ihres molekularen Magnetismus ausserhalb der kristallinen Phase. All diese Punkte motivieren die Untersuchung der Oberflächenphysik zwei der prominentesten Vertreter von SMMs im Rahmen dieser Doktorarbeit: Die des prototypischen Fe₄ Komplexes sowie die der kürzlich entwickelten lanthanid-(Ln)-basierten Dimetallofullerenen.

Fe₄ Verbindungen gehören zu den ersten synthetisierten SMMs, und die Eigenschaften ihrer kristallinen Phase sind ausführlich charakterisiert, aber nur wenige Experimente wurden an einzelnen Molekülen durchgeführt. Diese Doktorarbeit demonstriert die erfolgreiche Oberflächenabscheidung der sogenannten Fe₄H Variante auf unterschiedlichen, funktionellen Materialien. Trotz ihrer voluminösen Struktur wird eine flache Adsorption auf Graphen/Ir(111), Pb(111) und Au(111) realisiert, was als idealer Startpunkt zur Adressierung einzelner Moleküle dient. Molekülorbitale werden mittels Rastertunnelspektroskopie (STS) untersucht und ergeben verschieden ausgeprägte, aber schwache Wechselwirkungen mit allen Oberflächen. Die intramolekulare Austauschwechselwirkung wird durch inelastische Spinanregungen bestimmt und zeigt intakten molekularen Magnetismus auf Graphen. Die magnetische Anisotropie wird mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) untersucht und hängt von dem jeweiligen Substrat ab, wobei eine lediglich schwache Variation den robusten Magnetismus von Fe₄ SMMs demonstriert. Zum ersten Mal wurde erfolgreiches chemisches Dotieren durch Anhängen einzelner Li Atome an solch grossen, mehrkernigen Verbindungen gezeigt. Der Einfluss auf die elektronischen und magnetischen Eigenschaften wird ausführlich durch STM und XAS Messungen untersucht.

Ln-basierte Dimetallofullerene der Struktur Ln₂@C₈₀(R) mit Ln = Dy und Tb zeigen im Kristall magnetische Blockingtemperaturen von T_B = 20K bzw. 28K. Dieser Performance-Indikator sowie ihre herausragende chemische Stabilität platziert sie an vorderster Stelle der aktuellen "Hochtemperatur"-SMMs, sie wurden bis jetzt jedoch hauptsächlich in der kristallinen Phase untersucht. Diese Dok- torarbeit demonstriert ihre erfolgreiche Oberflächenabscheidung mittels der Elektrospray-Methode, was ergänzt wird durch eine ausführliche Charakterisierung durch STM und STS Messungen. Durch die Seitengruppe R = CH₂Ph bilden die Moleküle teilweise geordnete Sub-Monolagen auf Graphen/Ir(111) aus. Räumlich und spektral aufgelöste Molekülorbitale zeigen gute Übereinstimmung mit ab-initio Berechnungen in der Gasphase. Dies erlaubt die eindeutige Zuordnung des ersten unbesetzten Molekülorbitals in STS Spektren zu der einzeln besetzten, spin-polarisierten Komponente des [Dy³⁺ – e – Dy³⁺] Bindungsorbitals, welches für die ferromagnetische Wechselwirkung zwischen den zwei spintragenden Dy³⁺-Ionen verantwortlich ist. XAS Experimente zeigen einen weitgehend intakten molekularen Magnetismus mit einer Schliessung der Hysteresekurve über 20K, was effektiv einer Verdopplung der bisher gemessenen magnetischen Blockingtemperatur in oberflächen-adsorbierten SMMs entspricht. Eine Strategie zum chemischen Dotieren von einzelnen Dy₂@C₈₀(R) Komplexen wird untersucht, und zeigt eine klare Veränderung der Spindynamik durch Anhängen einzelner Li Atome.