We report a spatially resolved scanning tunneling spectroscopy (STS) investigation of reversibly switchable dipolar vanadyl phthalocyanine (VOPc) on graphite by using low temperature scanning tunneling microscopy. VOPc molecule can be switched between O-up and O-down configurations by changing the polarity of the pulse voltage applied to the tip, actuated by the inelastic tunneling electrons. The spatially resolved STS measurements allow the identification of the electronic structures of VOPc with different dipole orientation. The present approach provides geometry images and electronic characterization of a molecular switch on surface spontaneously.

1.
T. G.
Gopakumar
,
H.
Tang
,
J.
Morillo
, and
R.
Berndt
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
11844
(
2012
).
2.
X. H.
Qiu
,
G. V.
Nazin
, and
W.
Ho
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
196806
(
2004
).
3.
P.
Liljeroth
,
J.
Repp
, and
G.
Meyer
,
Science
317
,
1203
(
2007
);
[PubMed]
N.
Pavliček
,
B.
Fleury
,
M.
Neu
,
J.
Niedenführ
,
C.
Herranz-Lancho
,
M.
Ruben
, and
J.
Repp
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
086101
(
2012
).
[PubMed]
4.
J.
Henzl
,
M.
Mehlhorn
,
H.
Gawronski
,
K. H.
Rieder
, and
K.
Morgenstern
,
Angew. Chem., Int. Ed.
45
,
603
(
2006
);
B. Y.
Choi
,
S. J.
Kahng
,
S.
Kim
,
H.
Kim
,
H. W.
Kim
,
Y. J.
Song
,
J.
Ihm
, and
Y.
Kuk
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
156106
(
2006
).
[PubMed]
5.
Y. F.
Wang
,
J.
Kröger
,
R.
Berndt
, and
W. A.
Hofer
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
3639
(
2009
).
6.
T.
Leoni
,
O.
Guillermet
,
H.
Walch
,
V.
Langlais
,
A.
Scheuermann
,
J.
Bonvoisin
, and
S.
Gauthier
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
216103
(
2011
).
7.
S. W.
Wu
,
N.
Ogawa
, and
W.
Ho
,
Science
312
,
1362
(
2006
).
8.
Y. S.
Fu
,
T.
Zhang
,
S. H.
Ji
,
X.
Chen
,
X. C.
Ma
,
J. F.
Jia
, and
Q. K.
Xue
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
257202
(
2009
);
[PubMed]
I.
Swart
,
T.
Sonnleitner
, and
J.
Repp
,
Nano Lett.
11
,
1580
(
2011
);
[PubMed]
J.
Repp
,
G.
Meyer
,
F. E.
Olsson
, and
M.
Persson
,
Science
305
,
493
(
2004
).
[PubMed]
9.
F.
Mohn
,
J.
Repp
,
L.
Gross
,
G.
Meyer
,
M. S.
Dyer
, and
M.
Persson
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
266102
(
2010
).
10.
M.
Alemani
,
M. V.
Peters
,
S.
Hecht
,
K. H.
Rieder
,
F.
Moresco
, and
L.
Grill
,
J. Am. Chem. Soc.
128
,
14446
(
2006
).
11.
G.
Pace
,
V.
Ferri
,
C.
Grave
,
M.
Elbing
,
C. V.
Hänisch
,
M.
Zharnikov
,
M.
Mayor
,
M. A.
Rampi
, and
P.
Samorì
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
104
,
9937
(
2007
).
12.
M. J.
Comstock
,
N.
Levy
,
A.
Kirakosian
,
J.
Cho
,
F.
Lauterwasser
,
J. H.
Harvey
,
D. A.
Strubbe
,
J. M. J.
Fréchet
,
D.
Trauner
,
S. G.
Louie
, and
M. F.
Crommie
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
038301
(
2007
).
13.
M.
Parschau
,
D.
Passerone
,
K. H.
Rieder
,
H. J.
Hug
, and
K. H.
Ernst
,
Angew. Chem., Int. Ed.
48
,
4065
(
2009
).
14.
T.
Miyamachi
,
M.
Gruber
,
V.
Davesne
,
M.
Bowen
,
S.
Boukari
,
L.
Joly
,
F.
Scheurer
,
G.
Rogez
,
T. K.
Yamada
,
P.
Ohresser
,
E.
Beaurepaire
, and
W.
Wulfhekel
,
Nat. Commun.
3
,
938
(
2012
).
15.
T. G.
Gopakumar
,
F.
Matino
,
H.
Naggert
,
A.
Bannwarth
,
F.
Tuczek
, and
R.
Berndt
,
Angew. Chem., Int. Ed.
51
,
6262
(
2012
).
16.
C.
Uhlmann
,
I.
Swart
, and
J.
Repp
,
Nano Lett.
13
,
777
(
2013
).
17.
V.
Iancu
and
S. W.
Hla
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
103
,
13718
(
2006
);
[PubMed]
W.
Auwärter
,
K.
Seufert
,
F.
Bischoff
,
D.
Ecija
,
S.
Vijayaraghavan
,
S.
Joshi
,
F.
Klappenberger
,
N.
Samudrala
, and
J. V.
Barth
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
41
(
2012
).
18.
Q.
Liu
,
Y. Y.
Zhang
,
N.
Jiang
,
H. G.
Zhang
,
L.
Gao
,
S. X.
Du
, and
H. J.
Gao
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
166101
(
2010
).
19.
M. J.
Comstock
,
D. A.
Strubbe
,
L.
Berbil-Bautista
,
N.
Levy
,
J.
Cho
,
D.
Poulsen
,
J. M. J.
Fréchet
,
S. G.
Louie
, and
M. F.
Crommie
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
178301
(
2010
).
20.
S.
Weigelt
,
C.
Busse
,
L.
Petersen
,
E.
Rauls
,
B.
Hammer
,
K. V.
Gothelf
,
F.
Besenbacher
, and
T. R.
Linderoth
,
Nature Mater.
5
,
112
(
2006
).
21.
K.
Morgenstern
,
Acc. Chem. Res.
42
,
213
(
2009
).
22.
H.
Yanagi
,
K.
Ikuta
,
H.
Mukai
, and
T.
Shibutani
,
Nano Lett.
2
,
951
(
2002
).
23.
Y. S.
Fu
,
J.
Schwöbel
,
S. W.
Hla
,
A.
Dilullo
,
G.
Hoffmann
,
S.
Klyatskaya
,
M.
Ruben
, and
R.
Wiesendanger
,
Nano Lett.
12
,
3931
(
2012
).
24.
A. D.
Zhao
,
Q. X.
Li
,
L.
Chen
,
H. J.
Xiang
,
W. H.
Wang
,
S.
Pan
,
B.
Wang
,
X. D.
Xiao
,
J. L.
Yang
,
J. G.
Hou
, and
Q. S.
Zhu
,
Science
309
,
1542
(
2005
).
25.
S. B.
Lei
,
K.
Deng
,
D. L.
Yang
,
Q. D.
Zeng
, and
C.
Wang
,
J. Phys. Chem. B
110
,
1256
(
2006
).
26.
G. V.
Nazin
,
X. H.
Qiu
, and
W.
Ho
,
Science
302
,
77
(
2003
).
27.
W.
Chen
,
H.
Li
,
H.
Huang
,
Y. X.
Fu
,
H. L.
Zhang
,
J.
Ma
, and
A. T. S.
Wee
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
12285
(
2008
).
28.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
);
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
29.
S.
Grimme
,
J. Comput. Chem.
27
,
1787
(
2006
).
30.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
31.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
32.
J.
Tersoff
and
D. R.
Hamann
,
Phys. Rev. B
31
,
805
(
1985
).
33.
H.
Fukagawa
,
S.
Hosoumi
,
H.
Yamane
,
S.
Kera
, and
N.
Ueno
,
Phys. Rev. B
83
,
085304
(
2011
).
34.
T. C.
Niu
,
C. G.
Zhou
,
J. L.
Zhang
,
S.
Zhong
,
H. S.
Cheng
, and
W.
Chen
,
J. Phys. Chem. C
116
,
11565
(
2012
).
35.
Y. L.
Huang
,
Y. H.
Lu
,
T. C.
Niu
,
H.
Huang
,
S.
Kera
,
N.
Ueno
,
A. T. S.
Wee
, and
W.
Chen
,
Small
8
,
1423
(
2012
).
36.
S. L.
Wong
,
H.
Huang
,
Y. Z.
Wang
,
L.
Cao
,
D. C.
Qi
,
I.
Santoso
,
W.
Chen
, and
A. T. S.
Wee
,
ACS Nano
5
,
7662
(
2011
).
37.
W.
Chen
,
D. C.
Qi
,
H.
Huang
,
X. Y.
Gao
, and
A. T. S.
Wee
,
Adv. Funct. Mater.
21
,
410
(
2011
).
38.
L.
Scifo
,
M.
Dubois
,
M.
Brun
,
P.
Rannou
,
S.
Latil
,
A.
Rubio
, and
B.
Grévin
,
Nano Lett.
6
,
1711
(
2006
);
[PubMed]
Y. S.
Ning
,
J.
Jiang
,
Z. L.
Shi
,
Q.
Fu
,
J. Z.
Liu
,
Y.
Luo
,
B. Z.
Tang
, and
N.
Lin
,
J. Phys. Chem. C
113
,
26
(
2009
);
D. I.
Gittins
,
D.
Bethell
,
D. J.
Schiffrin
, and
R. J.
Nichols
,
Nature
408
,
67
(
2000
);
[PubMed]
K.
Walzer
and
M.
Hietschold
,
Surf. Sci.
471
,
1
(
2001
);
M.
Lackinger
,
T.
Müller
,
T. G.
Gopakumar
,
F.
Müller
,
M.
Hietschold
, and
G. W.
Flynn
,
J. Phys. Chem. B
108
,
2279
(
2004
).
39.
K. W.
Hipps
and
J. J.
Hoagland
,
Langmuir
7
,
2180
(
1991
);
K. W.
Hipps
and
U.
Mazur
,
J. Phys. Chem.
98
,
5824
(
1994
);
U.
Mazur
and
K. W.
Hipps
,
J. Phys. Chem.
99
,
6684
(
1995
);
K. W.
Hipps
,
D. E.
Barlow
, and
U.
Mazur
,
J. Phys. Chem. B
104
,
2444
(
2000
);
K. W.
Hipps
and
L.
Scudiero
,
J. Chem. Educ.
82
,
704
(
2005
).
40.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4869115 for the detailed calculation method of the switching rate and the DFT calculated LDOS for O-up and O-down oriented VOPc molecules on the center and lobe sites.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.