Влияние фазового перехода в сверхтонких пленках жидких кристаллов на электрофизические и оптические свойства, страница 3

Весьма низкое значениепроводимости удалось зарегистрировать лишь при f > 50 кГц. Согласнорассмотренной эквивалентной схеме, при низких частотах (2f(RcRs)1/2C < 1)проводимость определяется сопротивлением самого образца, а с увеличениемчастоты (2f(RcRs)1/2C > 1) вклад в проводимость начинают вносить контакты.Поэтому для частотных зависимостей проводимости, измеренных в вакуумеи при адсорбции йода, наблюдается рост проводимости с частотой.Посколькуприадсорбцииметанолапроводимостьобразцасильновозрастает, то условие 2f(RcRs)1/2C > 1 не выполняется ни при какихиспользованныхчастотах,и,следовательно,вэтомслучаеростпроводимости с частотой практически не наблюдается.

В области высокихчастот сопротивление исследованных структур в вакууме и при адсорбции12метанола определяется сопротивлением контактов, поэтому кривые 1 и 2 наG, Смрис. 8 совпадают при f > 200 кГц.f, ГцРис. 8. Частотные зависимости проводимости:1 - в вакууме; 2 - через 1 минуту после напуска метанола; 3 - через 16 минутпосле напуска метанола; 4 - через 49 минут после напуска метанола; 5 - принапуске йода.Уменьшение проводимости при адсорбции акцепторных молекул йодаиростпроводимостиприадсорбциидонорных молекулметаноласвидетельствовали о том, что пленки ТДОБАМБЦЦ имеют проводимость n–типа.Предположено,чтопроводимостьвэтихматериалахможетосуществляться как ионами, так и электронами.Для более детального анализа фазовых превращений в изучаемыхпленках была исследована температурная зависимость емкости.

На рис. 9представлены такие зависимости для пленок толщиной в 10 монослоев.Аналогичные зависимости наблюдались на пленках толщиной 1, 3 и 5монослоев.Наличие максимума на температурной зависимости емкости образцасвидетельствует о протекании фазового перехода «сегнетоэлектрик –параэлектрик» в пленке при данной температуре. Широкий температурныйинтервалмаксимумаисравнительнонебольшоевозрастаниеэлектроемкости однозначно говорят о «размытости» фазового перехода,13который наблюдается в неупорядоченной системе. Вместе с тем, можноконстатировать, что сегнетоэлектрическая фаза существует в пленкахТДОБАМБЦЦ, начиная с одного монослоя.

Для пленки такой толщины притемпературе фазового перехода наблюдается увеличение емкости более чем в4 раза. Таким образом, сегнетоэлектрическая фаза может существовать ворганическихпленках,значительноболеетонких,чемпленкиизтрадиционных неорганических материалов. Так, например, минимальнаятолщинасегнетоэлектрическойпленкиBaTiO3составляет23нм.Взаимодействие сверхтонкой пленки с подложкой стабилизирует болееупорядоченную сегнетоэлектрическую фазу. С этим связано достаточнозатянутое (на десятки градусов) уменьшение емкости, которое отражаетС, нФG, Смсосуществование двух фаз.t, ºCt, ºCРис. 9.

Температурная зависимость Рис. 10. Температурная зависимостьемкости для пленки толщиной в 10 проводимости для наливной пленкимонослоев (f = 1 кГц).толщиной в 1 мкм (f = 100 Гц).Электрофизические измерения были проведены также на наливныхпленках ТДОБАМБЦЦ. Материал этих плѐнок обладает свойствами болееблизкими к свойствам объѐмных образцов. В отличие от измерений напленках,полученныхполенгмюровскойтехнологии,проводимостьналивных пленок возрастала при температуре фазового перехода. Для14примера на рис.

10 изображена зависимость проводимости от температуры напеременном сигнале частотой 100 Гц для пленки 1 мкм. Для объясненияэтих различий предложена следующая модель.ВсверхтонкойпленкеТДОБАМБЦЦ,изготовленнойполенгмюровской технологии, протекает фазовый переход См С* - См А. Вфазе См С* молекулы наклонены по отношению к нормали к плоскости слоя,в фазе См А они ориентированы перпендикулярно плоскости слоя. Приизмерении поперечной проводимости образца носитель заряда двигаетсяпоперекслоя.Онпреодолевает«диэлектрическиепрокладки»изуглеводородных цепей.

Таким образом, при переходе из фазы См С* в фазуСм А для носителей заряда резко увеличивается длина прохождения черезуглеводородные цепи. Это значительно уменьшает проводимость пленкиВ наливных пленках ТДОБАМБЦЦ, фаза См С*, по-видимому, сразупереходит в изотропное состояние, минуя фазу См А. В изотропной фаземолекулы ориентированы по всем направлениям с одинаковой вероятностью.Поэтому для носителя заряда могут существовать определенные каналы,распространяясь через которые, он наиболее легкопроходит черезуглеводородные хвосты молекул ТДОБАМБЦЦ. В этом случае проводимостьпленки возрастает при переходе к изотропной жидкости.Для дальнейшего исследования пленок ТДОБАМБЦЦ и природыфазового перехода в них нами изучались оптические свойства образцов.Спектр поглощения плѐнок в ультрафиолетовой и видимой области включает3 характерные полосы с максимумами в районе 227 нм, 291 нм и 422 нм(рис.

11). Энергия квантов света для длин волн в обнаруженных полосахпоглощениясоответствуетэлектронномувозбуждениюмолекулТДОБАМБЦЦ. Поскольку молекулы ТДОБАМБЦЦ связаны слабыми силамиван-дер-ваальсовского типа, а фазовые переходы в плѐнке являютсяструктурными,тоих влияниенаотсутствует.15энергиюэлектронных переходовБыли получены спектры диффузного отражения света от поверхностиисследуемых сверхтонких плѐнок при различных температурах. Отдельноизмерялись спектры вертикально (перпендикулярно к плоскости падения) игоризонтально(вплоскостипадения)поляризованнойкомпонентыотражѐнного излучения при падении на образец естественного света.Спектры диффузного отражения света от наливной и сверхтонкой плѐнокносят сходный характер.

Диффузно отражѐнный от плѐнки свет в обоихслучаяхоказалсяприблизительновравнойстепеничастичнополяризованным (преимущественно перпендикулярно плоскости падения).Подобная поляризация определяется геометрией опыта, то есть частичнойполяризацией света при отражении от границы раздела диэлектриков.Поглощение , отн. ед.0,60,40,20,0200Рис.25030011.350λ, нмСпектр400450нмt, ºCпоглощения Рис. 12. Диффузное отражение на длинеТДОБАМБЦЦ.волны 420 нм. 1 — наливная плѐнкатолщиной 500 нм, 2 — сверхтонкаяплѐнка толщиной 20 нм (30 слоѐв).Следующим этапом стало изучение температурных зависимостейспектров поляризованных компонент отражѐнного света (рис.12).

Вблизитемпературы70оС(сверхтонкаяпленка)и60оС(наливнаяпленка)наблюдалось резкое падение интенсивности отражѐнного света обоихнаправлений поляризации в широком диапазоне длин волн.16Изданных,горизонтальнополученныхполяризованнойдлявертикальнокомпонентполяризованнойотражѐнногосвета,ибылиполучены температурные зависимости степени поляризации диффузноотражѐнного света (рис.13).Степень поляризации света, отражѐнного от сверхтонкой плѐнкижидкого кристалла, резко изменяется при нагреве плѐнки, достигаямаксимумавблизитемпературы70 оС.Обнаруженныйнамиэффектподтверждает наличие фазового перехода у исследованных плѐнок в этойобласти температур.

Степень поляризации света, отражѐнного от наливнойплѐнки жидкого кристалла также возрастает, начиная с температуры 60оС,выходя на насыщение при температуре 80оС. Уменьшение степениполяризации отраженного света после прохождения сегнетоэлектрического0,70Степень поляризацииСтепень поляризацииСтепень поляризациифазового перехода в наливной пленке отсутствует (рис. 14).0,650,600,550,500,450,400,350,300,2520Рис.3013.405060Зависимость7080t, ºCt, ºCТ, Состепени Рис.14.Зависимостьстепениполяризации отражѐнного света от поляризации отражѐнного света оттемпературы для сверхтонкой пленки температуры для наливной пленки(λ = 580 нм).(λ = 580 нм).В сверхтонких пленках минимум на спектре отражения и максимальноезначение степени поляризации отраженного света наблюдается при одной итой жетемпературе,соответствующей началу сегнетоэлектрическогофазового перехода.

Протекание структурного фазового перехода приводит квременному разупорядочению ленгмюровской пленки. До протекания17фазового перехода пленка находилась в сегнетоэлектрической фазе, гденаправление дипольных моментов в значительной степени упорядочено.По-видимому,вэтойфазедипольныемоментыоказываютсянепараллельными действующему вектору световой волны. Это влияет навзаимодействие падающего излучения с поверхностью, внося своего родадеполяризующий фактор.

Таким образом, присутствие на поверхностиполированного кварца пленки ТДОБАМБЦЦ приводит к уменьшениюстепени поляризации отраженного света. Последнее было проверено намипутем проведения прямых экспериментов. Во время фазового перехода,растянутогопотемпературезасчѐтнеоднородностиплѐнки,деполяризующее влияние пленки на отражѐнный свет исчезает за счѐтразупорядочения ее электрической структуры. Переход из смектика С* всмектик А (также структурно упорядоченную фазу) приводит к возрастаниюдиффузного отражения света (рис. 12). Малое количество слоев в пленкеможет может являться причиной того, что в смектической фазе А будетсохраняться определенная поляризация.