Влияние фазового перехода в сверхтонких пленках жидких кристаллов на электрофизические и оптические свойства тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

IIII111111111111111

005049089

На правах рукописи

ХЛЫБОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА В СВЕРХТОНКИХ ПЛЕНКАХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Специальность 01.04.07 — физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2013

7 ФЕВ 2013

Работа выполнена на кафедре общей физики и молекулярной электроники физического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор

кандидат физико-математических наук, с.н.с.

Левшин Николай Леонидович,

Клечковская Вера Всеволодовна, Малышкина Инна Александровна.

Ведущая организация: НИЦ «Курчатовский институт».

Защита состоится 27 февраля 2013 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.002.01 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 35, Центр коллективного пользования МГУ, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27)

Автореферат разослан «_»_2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

Лаптинская Т. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

Теоретическое и экспериментальное исследование свойств жидких кристаллов продолжает оставаться в центре внимания специалистов, так как результаты этих исследований могут найти непосредственное техническое применение в приборах молекулярной электроники. Для этой цели наибольший интерес представляют сверхтонкие пленки, изготовленные на основе жидких кристаллов. В работах, опубликованных в последние годы, отмечалось, что свойства смектиков в объемной фазе и сверхтонких пленок того же состава существенно отличаются. Кроме того, при уменьшении толщины сверхтонких пленок наблюдается изменение их свойств. Это, прежде всего, касается фазовых переходов, которые в пленках могут происходить послойно по мере изменения температуры. Структура смектиков, как правило, неоднородна по толщине пленки. Так, например, монотонно может изменяться угол наклона директора по отношению к нормали к смектичсскому слою. Наличие ограничивающих пленку поверхностей оказывает существенное влияние на равновесные и динамические характеристики. Зависимость свойств сверхтонких пленок от их толщины, по-видимому, обусловлена изменением подвижности молекул жидкого кристалла. В настоящее время в научной литературе высказывается сомнение по поводу существования мезофазы в сверхтонких пленках.

В тонких пленках, имеющих структурные дефекты, изменение свойств при фазовом переходе наблюдается, как правило, в достаточно широком интервале температур. Для того, чтобы обнаружить фазовый переход и понять, какова природа и механизм этого фазового превращения, необходимо подробное изучение самых различных свойств материала в широком интервале температур, включающем точку перехода.

В литературе в настоящее время практически отсутствуют данные о температурах и природе фазовых превращений в сверхтонких пленках жидких кристаллов, а также об изменении оптических, электрофизических и

1

адсорбционных свойств этих объектов при фазовом переходе. В то же время, подобные исследования представляют интерес для фундаментального исследования систем пониженной размерности и анализа возможности использования тонких пленок сегнетоэлектрических жидких кристаллов в устройствах молекулярной электроники.

Цель работы

Обнаружение в исследуемых образцах фазовых переходов, выяснение их природы, исследование влияния фазовых превращений на оптические, электрофизические и адсорбционные свойства.

Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить морфологию сверхтонких пленок ТДОБАМБЦЦ, полученных по ленгмюровской технологии.

2. Провести измерение изотерм адсорбции при различных температурах с целью обнаружения структурных фазовых переходов в ТДОБАМБЦЦ.

3. Исследовать электрофизические свойства образцов ТДОБАМБЦЦ. Для этого измерить вольт-амперные характеристики структур металл -жидкокристаллическая пленка - металл на постоянном и переменном токе при различных температурах, включающих температуру фазового перехода. Установить зависимость проводимости образцов от частоты и температуры. Для обоснования механизма фазового перехода исследовать температурную зависимость электроемкости структуры. Изучить влияние донорных и акцепторных молекул на проводимость пленок ТДОБАМБЦЦ.

4. Выяснить влияние толщины пленок ТДОБАМБЦЦ на их свойства с целью обнаружения размерных эффектов.

5. Изучить оптические характеристики образцов при различных температурах, включающих температуру фазового перехода.

2

Использовать полученные результаты при описании механизма протекания фазового перехода в пленках ТДОБАМБЦЦ. Основные методы исследования: в работе применялись атомно-силовая микроскопия (АСМ), спектрофотометрия в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, электрофизические и адсорбционные методы. Практическая значимость работы.

Получены данные, характеризующие зависимость структурных, оптических, электрофизических и адсорбционных свойств тонких пленок жидких кристаллов от таких параметров, как толщина пленки, температура измерений, характер адсорбируемых молекул, частота и величина прикладываемого поля при электрических измерениях, длина волны падающего света при изучении оптических свойств. С практической точки зрения эти данные могут быть использованы для создания сверхтонких сегнетоэлектрических пленок, для изготовления малогабаритных конденсаторов с большой удельной емкостью и для других применений в электрических и электрооптических системах. Резкое изменение проводимости пленки при адсорбции донорных и акцепторных молекул из газовой фазы может быть использовано при создании газоанализаторов. Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: XVI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009 г.), XVII, XVIII и XIX Всероссийские конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2010, 2011 и 2012 гг.), XIV Национальная конференция rio росту кристаллов (Москва, 2010 г.), VIII Национальная конференция РСНЭ-НБИК (Москва, 2011 г.), I Всероссийская конференция по жидким кристаллам РКЖК-2012 (Иваново, 2012 г.), International scientific school «Problems of gas dynamics, heat and mass transfer in power technology» (Moscow, 2011), The 5th forum «Nano and Giga Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy» (Moscow, 2011), V Международная заочная

3

научно-практическая конференция «Научная дискуссия: вопросы физики, математики, информатики» (Москва, 2012). Публикации

Основное содержание диссертации изложено в 5 статьях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, а также в 14 тезисах и в 7 сборниках статей конференций. Личный вклад автора

Основная часть экспериментальных исследований выполнена автором лично, анализ полученных результатов и написание статей проведены совместно с другими соавторами. Объем и структура диссертации

Диссертационная работа изложена на 137 страницах, содержит 1 таблицу, 80 рисунков и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, основных выводов и библиографического списка, содержащего 102 ссылки на цитируемые литературные источники.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и конкретные задачи исследования, дана оценка научной новизны и практической ценности полученных результатов.

Первая глава посвящена анализу литературных данных, относящихся к теме работы. Приведена классификация основных типов жидких кристаллов. Обсуждается возможность возникновения сегнетоэлектричества в материалах этого типа. Перечислены наиболее важные области использования жидких кристаллов. Описаны основные способы создания ленгмюровских пленок и их возможной модификации. Рассматриваются свойства тонких пленок жидких кристаллов. Обсуждается вопрос об изменении их свойств с толщиной. На основании проведенного анализа сформулированы цели и задачи работы, и сделан вывод, что фазовые

4

переходы в сверхтонких пленках жидкого кристалла ТДОБАМБЦЦ требуют дальнейшего рассмотрения.

Во второй главе описано использованное в работе вещество, а также методы его исследования.

Исследованные образцы представляли собой пленки, полученные на основе соединения Шиффа п-тетрадецилоксибензилиден-п'-амино-2-метилбутил(а-циано)циннамата (ТДОБАМБЦЦ) (рис.1). Это соединение является сегнетоэлектрическим жидким кристаллом (смектиком С*) в интервале температур 54-70°С в объемной фазе.

н

« = 14 К: -СНГС*-СН,

чс2н5

Рис. 1. Молекула ТДОБАМБЦЦ.

Изучались тонкие пленки двух типов. Одна серия образцов была изготовлена по ленгмюровской технологии. Для их получения использовался раствор ТДОБАМБЦЦ в хлороформе с концентрацией (1-3)-10"2 масс.%. Раствор объемом 1 мл медленно распылялся на поверхность воды площадью 0,1 м2 в ленгмюровской ванне. Далее был использован метод Ленгмюра-Шефера для перенесения нужного количества слоев на твердую подложку. Перенос производился при давлении я = 5-6 мН/м. Для проведения оптических измерений пленки толщиной 30 монослоев наносились на подложки из кварцевого стекла. Для адсорбционных исследований в качестве подложки использовались кварцевые резонаторы частотой 5МГц, на которые наносились пленки в 5 и 10 монослоев. Для изучения электрофизических свойств вещества образцы толщиной 1, 3, 5, 10 монослоев переносились на подложки из стекла с предварительно напыленными алюминиевыми

электродами. Сверху на пленки наносился второй алюминиевый электрод. Таким образом, в полученной структуре могла измеряться поперечная проводимость пленки. Площадь перекрытия электродов составляла 1 мм2.

Другая серия образцов наливных жидкокристаллических пленок толщиной 500-1000 нм была получена с помощью центрифуги из раствора того же состава. Толщина образцов второй серии была меньше шага смектической спирали этих жидких кристаллов, минимальная величина

которого составляет ~2 мкм.

Исследуемые образцы помещались в измерительные ячейки, которые подпаивалась к вакуумной установке. В качестве адсорбатов в настоящей работе были выбраны пары дистиллированной воды, пары метанола (проявляющие донорные свойства на поверхностях полупроводников и диэлектриков) и пары йода (проявляющие акцепторные свойства).

Структура полученных пленок была исследована с помощью атомно-силового микроскопа "Multimode V" (производства Veeco) в режиме

прерывистого контакта.

Для проведения электрофизических измерений на постоянном токе использовался пикоамперметр Keithley 6487, объединенный с прецизионным источником питания. Он предназначен для измерения токов от 20 фА до 20 мА. Измерения, проводимые на переменном сигнале, осуществлялись с помощью импеданс-анализатора HP 4192А. Данный прибор может измерить 11 параметров импеданса. Встроенный синтезатор частоты может быть настроен от 5 Гц до 13 МГц с максимальным разрешением 1 мГц.

Для проведения адсорбционных измерений использовался метод пьезорезонансных кварцевых весов. Основу метода составляет эффект изменения частоты колебаний пьезокварца в зависимости от изменения толщины его пластины.

Исследование спектров диффузного отражения и поляризации отраженного света проводились на люминесцентном спектрометре LS-55 производства фирмы Perkin Elmer. Прибор работает в спектральном

6

диапазоне 200-900 им. Для изучения структурных перестроек спектральные исследования проводились при различных температурах в интервале 20°С -100°С.

Исследования спектров поглощения проводились на двухлучевом спектрофотометре UV-3600 производства Shimadzu с рабочим диапазоном длин волн 185-3300 нм и точностью установки длины волны ±0,2 нм для ультрафиолетового и видимого диапазона. Спектральные исследования проводились при различных температурах в интервале 20°С - 100°С.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты, полученные в диссертационной работе, и проведено их детальное обсуждение с учетом литературных данных.

В первом разделе этой главы проанализировано поведение монослоя вещества ТДОБАМЦЦ на поверхности воды - измерена зависимость поверхностного давления от площади, приходящейся на одну молекулу (я-А-изотерма) при температурах 21-28,5 °С (рис. 2). Пересечение касательных с осыо абсцисс позволило установить, что при увеличении температуры измерений от 21°С до 28,5°С площадь, приходящаяся на одну молекулу в «жидкоконденсированном» состоянии, возросла с 0,46 нм2 до 0,8 нм2, то есть в 1,7 раза. Следующий раздел главы 3 посвящен изложению и анализу результатов, полученных при дополнительном изучении образцов методами АСМ.

На рис.3 в качестве примера приведены изображения поверхности образца, полученные с помощью атомно-силового микроскопа на пленке толщиной 7 слоев на кварцевой подложке. На рис. 4 изображена пленка такой же толщины на поверхности алюминия. Сплошного покрытия поверхности подложки веществом. пленки нет в обоих случаях. Оказалось, что на кварцевой подложке образуются достаточно мелкие частицы нанесённого вещества диаметром - 20-50 нм и высотой ~ 10 нм (рис. 3). Частицы расположены на поверхности достаточно равномерно, практически не образуя агрегатов. Расстояние между частицами составляет ~ 5-40 нм.

Еще менее совершенное покрытие было зафиксировано на поверхности алюминия (рис. 4). Оно состояло из островков средним диаметром 5-10 мкм и высотой ~ 20-40 нм и отдельных частиц примерно такой же высоты (10-30 нм), но значительно меньших размеров (0,2-1 мкм). Расстояние между островками составляло порядка 5-10 мкм, а между частицами 2-5 мкм. При уменьшении количества слоев, переносимых по ленгмюровской технологии на подложку до трех или даже одного, картина качественно не менялась. Высота кластеров на поверхности уменьшалась до 10-20 нм, их диаметр - до 0,1-1 мкм, а расстояние между кластерами составляло ~ 10 мкм. Оказалось, что высота кластеров на поверхности существенно превышала вычисленную по результатам емкостных измерений «среднюю толщину пленки», которая должна была меняться от 0,7 нм для одного монослоя до 5 нм для семи слоев.

"1

2

К

3

К*

\\ \д

Ч

С.О 0.1 0.2 0.3 0.*

с.е ОТ 0.5 0.9

А, нм

Рис. 2. Изотерма сжатия монослоя вещества ТДОБАМЦЦ при температурах 1°С: 1-21; 2-24,5; 3-28,5.

В следующем разделе используется метод регистрации структурных фазовых переходов с помощью измерения изотерм адсорбции молекул воды из газовой фазы при различных температурах измерения. Перестройка кристаллической решетки приводила к росту числа адсорбированных молекул. Таким образом, данный метод позволял установить сам факт изменения структуры пленки.

Рис. 3. ACM изображение пленки в 7 слоев на кварцевой подложке.

Рис. 4. АСМ изображение пленки в 7 слоев на поверхности алюминия.

2D.D |Jm

На рис. 5. представлены полученные из изотерм адсорбции

зависимости количества адсорбированных молекул Иа от температуры для

пленок 5 и 10 переносов. Физическая адсорбция характеризуется

уменьшением числа молей адсорбированного вещества при повышении

температуры. Действительно, с повышением температуры число

адсорбированных молекул ЛГ„ вначале уменьшалось (что обычно и

наблюдается вдали от температуры фазового перехода). Но затем оно резко

возрастало (при одном и том же значении Р/Р1) вплоть до температуры 102°С

(5 монослоев) и 75°С (10 монослоев). При температурах, превышающих

максимум Иа, было обнаружено быстрое снижение числа адсорбированных

на пленке молекул Н20. Остановимся на причинах возрастания

адсорбционной способности пленок ТДОБАМЦЦ при увеличении

температуры. В настоящее время структура и характер связей в сверхтонких

пленках, изготовленных на основе жидких кристаллов по ленгмюровской

технологии, полностью не ясны. Вместе с тем с достаточно большой

степенью уверенности можно сказать, что молекулы ТДОБАМЦЦ могут

быть связаны между собой слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Достаточно

слабые Ван-дер-Ваальсовы связи, по-видимому, разрушаются под действием

молекул адсорбата. Структурный фазовый переход сопровождается

9

активизацией молекул, входящих в состав пленки, что способствует процессу диффузии молекул адсорбата внутрь пленки. После прохождения температуры фазового перехода структура пленки становится менее подвижной, и количество адсорбированных молекул уменьшается. Таким образом, наличие максимума на температурной зависимости количества адсорбируемых молекул свидетельствует о протекании структурного фазового перехода в пленке при данной температуре.

ю"-

10"-

Э;

10"-10":

20 40 60 80 100 120

1, °с

Рис. 5. Зависимости числа адсорбированных молекул от температуры: 1 -пленка 5 монослоев (Р1Р8= 0,02); 2 - пленка 10 монослоев (.Р/РБ = 0,05).

Для выяснения природы обнаруженного фазового перехода потребовались дополнительные исследования другими методами. Поэтому в следующем разделе была описана зависимость проводимости и емкости образцов ТДОБАМБЦЦ от частоты прикладываемого напряжения, температуры и толщины образца.

Было установлено, что на всех исследованных образцах, при всех температурах измерений вольт-амперные характеристики (ВАХ) являлись линейными. В качестве примера на рис.6 представлены ВАХ на пленке ТДОБАМЦЦ толщиной 10 слоев, снятые на постоянном токе.

и, в

Рис.6. ВАХ на постоянном токе для пленки ТДОБАМБЦЦ толщиной 10 монослоев при различных температурах измерения 1 - 25; 2 -75; 3 -

ВО; 4-85; 5-90.

Обнаружено, что при температуре ~ 90°С (3 монослоя), ~ 65°С (5 монослоев) и ~ 85°С (10 монослоев) наклон ВАХ резко уменьшался, что соответствует падению проводимости образца. Были построены зависимости проводимости пленок от температуры. На рис. 7, в качестве примера, показан такой график для пленки в 5 слоев. Из этой кривой видно, что резкое падение проводимости наблюдается при температуре ~ 65°С. При более низких температурах ^ < 65°С) было зарегистрировано уменьшение проводимости пленки с ростом температуры, при более высоких (1 > 65°С) - отсутствие температурной зависимости. Таким образом, можно говорить о смене механизма проводимости при температуре I = 65"С.

При проведении измерений на переменном сигнале учитывалась емкость образца, которая является альтернативным каналом протекания переменного тока. В работе рассмотрены возможные эквивалентные схемы использованных образцов. Полученная экспериментальная зависимость 1шг(КеЕ) хорошо описывается эквивалентной схемой, состоящей из последовательно соединённых сопротивления контактов(Яс) и параллельной цепочки, содержащей сопротивление (Яв) и ёмкость (Се) образца.

23 СО *Э

1, °с

Рис.7. Зависимость проводимости от температуры на постоянном токе для пленки ТДОБАМБЦЦ толщиной 5 монослоев (и = -0,5 В).

Изучено влияние адсорбции донорных и акцепторных молекул на проводимость изучаемых пленок. На рис. 8 представлена зависимость проводимости пленок ТДОБАМБЦЦ в вакууме, а также в насыщенных парах метанола и йода. Адсорбция метанола повышала проводимость ленгмюровских пленок в области низких частот более чем на три порядка. Эффект постепенно уменьшался при росте частоты и исчезал при/> 200 кГц.

Адсорбция молекул йода резко понижала проводимость ТДОБАМБЦЦ (более чем на 4 порядка). Весьма низкое значение проводимости удалось зарегистрировать:,лишь при />50 кГц. Согласно рассмотренной эквивалентной схеме, при низких частотах (2л/[ЯсК!)!/2С < 1) проводимость определяется сопротивлением самого образца, а с увеличением частоты (27^(ЯсЯ!)'/2С > 1) вклад в проводимость начинают вносить контакты. Поэтому для частотных зависимостей проводимости, измеренных в вакууме и при адсорбции йода, . наблюдается рост проводимости с частотой. Поскольку при адсорбции метанола проводимость образца сильно возрастает, то условие 2лДЯсД3)//2С > 1 не выполняется 1га при каких использованных частотах, и, следовательно, в этом случае рост проводимости с частотой практически не наблюдается. В области высоких частот сопротивление исследованных структур в вакууме и при адсорбции

метанола определяется сопротивлением контактов, поэтому кривые 1 и 2 на рис. 8 совпадают при/ > 200 кГц.

1 - в вакууме; 2 - через 1 минуту после напуска метанола; 3 - через 16 минут после напуска метанола; 4 - через 49 минут после напуска метанола; 5 - при

Уменьшение проводимости при адсорбции акцепторных молекул йода и рост проводимости при адсорбции донорных молекул метанола свидетельствовали о том, что пленки ТДОБАМБЦЦ имеют проводимость п-типа. Предположено, что проводимость в этих материалах может осуществляться как ионами, так и электронами.

Для более детального анализа фазовых превращений в изучаемых пленках была исследована температурная зависимость емкости. На рис. 9 представлены такие зависимости для пленок толщиной в 10 монослоев. Аналогичные зависимости наблюдались на пленках толщиной 1, 3 и 5 монослоев.

Наличие максимума на температурной зависимости емкости образца свидетельствует о протекании фазового перехода «сегнетоэлектрик -параэлектрик» в пленке при данной температуре. Широкий температурный интервал максимума и сравнительно небольшое возрастание электроемкости однозначно говорят о «размытости» фазового перехода,

1С'

13*' ..........' '-1-1-- . ..........

' Ю' 1С: «6* 1С* 1С* 19' Ю* ю1

/Гц

Рис. 8. Частотные зависимости проводимости:

напуске йода.

который наблюдается в неупорядоченной системе. Вместе с тем, можно констатировать, что сегнетоэлектрическая фаза существует в пленках ТДОБАМБЦЦ, начиная с одного монослоя. Для пленки такой толщины при температуре фазового перехода наблюдается увеличение емкости более чем в 4 раза. Таким образом, сегнетоэлектрическая фаза может существовать в органических пленках, значительно более тонких, чем пленки из традиционных неорганических материалов. Так, например, минимальная толщина сегнетоэлектрической пленки ВаТЮ3 составляет 23 нм. Взаимодействие сверхтонкой пленки с подложкой стабилизирует более упорядоченную сегнетоэлектрическую фазу. С этим связано достаточно затянутое (на десятки градусов) уменьшение емкости, которое отражает сосуществование двух фаз.

©

з о

?В 46 5С ТС

1, "С

и "С

Рис. 9. Температурная зависимость Рис. 10. Температурная зависимость емкости для пленки толщиной в 10 проводимости для наливной пленки монослоев (/" = 1 кГц). толщиной в 1 мкм (/" = 100 Гц).

Электрофизические измерения были проведены также на наливных пленках ТДОБАМБЦЦ. Материал этих плёнок обладает свойствами более близкими к свойствам объёмных образцов. В отличие от измерений на пленках, полученных по ленгмюровской технологии, проводимость наливных пленок возрастала при температуре фазового перехода. Для

примера на рис. 10 изображена зависимость проводимости от температуры на переменном сигнале частотой 100 Гц для пленки 1 мкм. Для объяснения этих различий предложена следующая модель.

В сверхтонкой пленке ТДОБАМБЦЦ, изготовленной по ленгмюровской технологии, протекает фазовый переход См С* - См А. В фазе См С* молекулы наклонены по отношению к нормали к плоскости слоя, в фазе См А они ориентированы перпендикулярно плоскости слоя. При измерении поперечной проводимости образца носитель заряда двигается поперек слоя. Он преодолевает «диэлектрические прокладки» из углеводородных цепей. Таким образом, при переходе из фазы См С* в фазу См А для носителей заряда резко увеличивается длина прохождения через углеводородные цепи. Это значительно уменьшает проводимость пленки

В наливных пленках ТДОБАМБЦЦ, фаза См С*, по-видимому, сразу переходит в изотропное состояние, минуя фазу См А. В изотропной фазе молекулы ориентированы по всем направлениям с одинаковой вероятностью. Поэтому для носителя заряда могут существовать определенные каналы, распространяясь через которые, он наиболее легко проходит через углеводородные хвосты молекул ТДОБАМБЦЦ. В этом случае проводимость пленки возрастает при переходе к изотропной жидкости.

Для дальнейшего исследования пленок ТДОБАМБЦЦ и природы фазового перехода в них нами изучались оптические свойства образцов. Спектр поглощения плёнок в ультрафиолетовой и видимой области включает 3 характерные полосы с максимумами в районе 227 нм, 291 нм и 422 нм (рис. 11). Энергия квантов света для длин волн в обнаруженных полосах поглощения соответствует электронному возбуждению молекул ТДОБАМБЦЦ. Поскольку молекулы ТДОБАМБЦЦ связаны слабыми силами ван-дер-ваальсовского типа, а фазовые переходы в плёнке являются структурными, то их влияние на энергию электронных переходов отсутствует.

Были получены спектры диффузного отражения света от поверхности исследуемых сверхтонких плёнок при различных температурах. Отдельно измерялись спектры вертикально (перпендикулярно к плоскости падения) и горизонтально (в плоскости падения) поляризованной компоненты отражённого излучения при падении на образец естественного света. Спектры диффузного отражения света от наливной и сверхтонкой плёнок носят сходный характер. Диффузно отражённый от плёнки свет в обоих случаях оказался приблизительно в равной степени частично поляризованным (преимущественно перпендикулярно плоскости падения). Подобная поляризация определяется геометрией опыта, то есть частичной

Рис. 11. Спектр поглощения-Рис. 12. Диффузное отражение на длине ТДОБАМБЦЦ. волны 420 нм. 1 — наливная плёнка

толщиной 500 нм, 2 — сверхтонкая плёнка толщиной 20 нм (30 слоев).

Следующим этапом стало изучение температурных зависимостей спектров поляризованных компонент отражённого света (рис.12). Вблизи температуры 70°С (сверхтонкая пленка) и 60°С (наливная пленка) наблюдалось резкое падение интенсивности отражённого света обоих направлений поляризации в широком диапазоне длин волн.

Из данных, полученных для вертикально поляризованной и горизонтально поляризованной компонент отражённого света, были получены температурные зависимости степени поляризации диффузно отражённого света (рис.13).

Степень поляризации света, отражённого от сверхтонкой плёнки жидкого кристалла, резко изменяется при нагреве плёнки, достигая максимума вблизи температуры 70°С. Обнаруженный нами эффект подтверждает наличие фазового перехода у исследованных плёнок в этой области температур. Степень поляризации света, отражённого от наливной плёнки жидкого кристалла также возрастает, начиная с температуры 60°С, выходя на насыщение при температуре 8 0°С. Уменьшение степени поляризации отраженного света после прохождения сегнетоэлектрического фазового перехода в наливной пленке отсутствует (рис. 14).

поляризации отражённого света от поляризации отражённого света от температуры для сверхтонкой пленки температуры для наливной пленки (Х= 580 нм). = 580 нм).

В сверхтонких пленках минимум на спектре отражения и максимальное значение степени поляризации отраженного света наблюдается при одной и той же температуре, соответствующей началу сегнетоэлектрического фазового перехода. Протекание структурного фазового перехода приводит к временному разупорядочению ленгмюровской пленки. До протекания

фазового перехода пленка находилась в сегнетоэлектрической фазе, где направление дипольных моментов в значительной степени упорядочено.

По-видимому, в этой фазе дипольные моменты оказываются непараллельными действующему вектору световой волны. Это влияет на взаимодействие падающего излучения с поверхностью, внося своего рода деполяризующий фактор. Таким образом, присутствие на поверхности полированного кварца пленки ТДОБАМБЦЦ приводит к уменьшению степени поляризации отраженного света. Последнее было проверено нами путем проведения прямых экспериментов. Во время фазового перехода, растянутого по температуре за счёт неоднородности плёнки, деполяризующее влияние пленки на отражённый свет исчезает за счёт разупорядочения ее электрической структуры. Переход из смектика С* в смектик А (также структурно упорядоченную фазу) приводит к возрастанию диффузного ■ отражения света (рис. 12). Малое количество слоев в пленке может может являться причиной того, что в смектической фазе А будет сохраняться определенная поляризация. Это может приводить к обратному снижению степени поляризации отраженного света после прохождения фазового перехода (рис. 13).

При переходе от ленгмюровской пленки к толстой «наливной» пленке мы замечаем (рис.; 12, 14) снижение температуры фазового перехода на 5-7°С. Такое изменение можно объяснить отсутствием в этом случае стабилизирующего влияния подложки на температуру фазового перехода, которое имеет место в сверхтонкой ленгмюровской пленке. Отсутствие возрастания интенсивности отраженного света после прохождения сегнетоэлектрического фазового перехода в наливной пленке может свидетельствовать в пользу того, что в тонких наливных пленках мы имеем дело с переходом смсктик С* - изотропная жидкость, минуя жидкокристаллическую фазу смектика А. Этим же можно объяснить отсутствие уменьшения степени поляризации после прохождения

температуры сегнетоэлектрического фазового перехода.

18

В следующем разделе было проведено сопоставление электрофизических и оптических свойств со структурой пленок.

При оптических измерениях размер пеоднородностей пленки не превышал десятой доли длины волны (рис. 3), и поэтому оеш не могли сказываться на полученных экспериментальных результатах. С этим же связано и то, что достаточно резкие изменения коэффициента диффузного отражения и степени поляризации отраженного света, которые были обнаружены в ходе этих измерений, происходят в диапазоне всего 10 градусов вблизи температуры фазового перехода. Величина этого температурного интервала значительно меньше, чем для электрофизических и адсорбционных измерений.

При электрофизических измерениях пленка переносится на поверхность алюминия. Природный оксид алюминия состоит из двух последовательных слоев общей толщиной от 4 до 10 нм. Первый из них компактный (максимальная толщина — 4 нм) и аморфный. Он образуется сразу при контакте алюминия с воздухом и формируется очень быстро, за несколько миллисекунд, а скорость роста практически не зависит от

I

факторов внешней среды. На слой этого оксида ' переносятся молекулы ТДОБАМБЦЦ. Второй слой (пористый) нарастает сверху на первый. Его толщина достигает своего конечного значения через недели, и даже месяцы, и зависит от физикохимических условий окружающей среды. Таким образом, в промежутках между каплями жидкокристаллического материала рост окисла мог продолжиться, в частности как результат взаимодействия незащищенной поверхности электрода с жидкой средой ленгмюровской ванны. Поэтому пленки, полученные в разных условиях, различались толщиной оксида алюминия. Более того, толщина оксида алюминия меняется в зависимости от времени, прошедшего от изготовления пленки. Таким образом, неудивительно, что данные, полученные электрофизическими методами на различных образцах, могут различаться.

Рассмотрим причины сравнительно слабого изменения электроемкости исследованных структур при фазовом переходе. Во всех случаях наблюдался весьма незначительный рост электроемкости при фазовом переходе: менее чем на порядок для пленки толщиной в один монослой, в 2,5 раза - для 5 монослоев и, наконец, всего на 20% — для 10 монослоев. Из структурных данных следует, что на образце есть участки, на которых жидкокристаллического вещества нет вообще. Образец можно представить как совокупность параллельно включенных емкостей, часть из которых заполнена веществом, претерпевающим фазовый переход (конденсатор 1), а часть нет (конденсатор 2). В конденсаторах второго типа диэлектриком является оксид алюминия (более толстый, чем под островками ТДОБАМБЦЦ; поскольку состоит из двух разных слоев оксида алюминия общей толщиной до 10 нм). Конденсатор первого типа также имеет сложную структуру/^ т. к. жидкокристаллический материал наносится на нижний алюминиевый электрод, уже имеющий на поверхности тонкий слой оксида (аморфный слой толщиной до 4 нм). Таким образом, конденсатор 1 можно представить как комбинацию двух последовательно соединенных конденсаторов. Первый заполнен веществом ТДОБАМБЦЦ, второй -аморфным" слоем оксида алюминия. Резкое изменение электроемкости конденсатора с ТДОБАМБЦЦ при фазовом переходе будет демпфироваться последовательно и параллельно включенными конденсаторами с оксидом алюминия в качестве диэлектрика, емкость которых не меняется.

В заключение главы 3 приводятся общие выводы по результатам диссертационной работы:

1. Обнаружен структурный фазовый переход в сверхтонких пленках ТДОБАМБЦЦ: Температура фазового перехода зависела от числа слоев в пленке и не соответствовала температурам, наблюдаемым в «объемных» образцах жидких кристаллов.

2. Выявлены аномалии электроемкости сверхтонких пленок ТДОБАМБЦЦ в диапазоне температур 70-100°С, указывающие на

20

то, что обнаруженный фазовый переход является переходом сегнетоэлектрик - параэлектрик. Показано, что в сверхтонких пленках ТДОБАМБЦЦ существует сегнетоэлектрическая фаза, начиная с одного монослоя. Широкий температурный интервал, в котором происходит сегнетоэлектрический фазовый переход, обусловлен неупорядоченностью исследованных пленок.

3. Зарегистрировано увеличение проводимости сверхтонкой пленки ТДОБАМБЦЦ, изготовленной по ленгмюровской технологии при адсорбции метанола (более чем на три порядка) и уменьшение ее проводимости при адсорбции йода (более чем на 4 порядка). Эффект увеличения проводимости при адсорбции метанола является обратимым: через час проводимость возвращается к первоначальному состоянию. Было показано, что в пленках ТДОБАМБЦЦ наблюдается проводимость и-типа. При протекании сегнетоэлектрического фазового перехода наблюдалось резкое изменение проводимости пленки, связанное с изменением ее структуры.

4. Обнаружены аномалии интенсивности и степени поляризации отражённого света, а также коэффициента поглощения света для сверхтонких пленок ТДОБАМБЦЦ и наливных пленок ТДОБАМБЦЦ. Показано, что температурные зависимости интенсивности света, диффузно отраженного от ленгмюровских и наливных пленок, имеют существенные отличия. Обнаружено, что температурные зависимости степени поляризации отраженного света на ленгмюровских и наливных пленках также имеет существенные отличия. Предположено, что аномалии интенсивности и степени поляризации в сверхтонких пленках связаны с протеканием структурного фазового перехода См С* - См А. В наливных пленках за особенности в температурных

■ зависимостях интенсивности и степени поляризации отвечает структурное превращение См С* - изотропная жидкость.

5. Обнаружено совпадение температур, при которых наблюдаются аномалии в электрофизических, оптических и адсорбционных характеристиках образцов, обусловленное фазовым переходом сегнетоэлектрик-параэлектрик.

6. Исследована морфология сверхтонких пленок ТДОБАМБЦЦ, изготовленных по ленгмюровской технологии. Отсутствовало сплошное покрытие поверхности подложки веществом пленки. Проведен анализ всех экспериментальных результатов с учетом структуры исследуемых образцов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Левшин Н.Л., Мартышов М.Н., Форш П.А., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Исследование влияния адсорбции молекул метанола и йода на проводимость ленгмкфовских пленок жидкого кристалла ТДОБАМБЦЦ. // Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 2010. Т. 65, №4. С. 89-91.

2. Левшин Н.Л., Форш П.А., Хлыбов C.B., Юдин С:Г. Структурные фазовые переходы в ленгмюровских пленках жидких кристаллов. // Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 2011. Т. 66, №1. С. 25-27.

3. Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изменение оптических свойств ленгмюровских плёнок ТДОБАМБЦЦ при фазовом переходе. // Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 2011. Т. 66, №1. С. 49-52.

4. Zaitsev V.B., Levshin N.L., Khlybov S.V., and Yudin S.G. Changes in adsorption and optical properties of liquid crystal langmuir films at structural phase transition. // Crystallography Reports. 2012. V. 57, №. 7. P. 934-938.

5. Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изменение оптических и электрофизических свойств ленгмюровских пленок жидких кристаллов при сегнетоэлектрическом фазовом переходе. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2013. №1. С. 71-76.

6. Хлыбов C.B. Исследование электрофизических свойств ленгмюровских пленок, изготовленных на основе жидких кристаллов. // XVI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», секция «Физика», Москва - 2009. Сборник тезисов. С. 24.

7. Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Адсорбционные свойства ленгмюровских пленок жидких кристаллов. // XVII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2010. Сборник тезисов. С. 125.

8. Левшин Н.Л., Мартышов М.Н., Форш П.А., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изучение проводимости ленгмюровских пленок жидких кристаллов при адсорбции молекул метанола и йода. // XVII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2010. Сборник тезисов. С. 124.

9. Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изменение оптических свойств ленгмюровских плёнок ТДОБАМБЦЦ при фазовом переходе. // XVII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2010. Сборник тезисов. С. 76.

10. Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изменение адсорбционных и оптических свойств ленгмюровских плёнок ТДОБАМБЦЦ при фазовом переходе. // XIV Национальная конференция по росту кристаллов, Москва - 2010. Сборник тезисов. С. 266.

11. Левшин Н.Л., Форш П.А., Хлыбов C.B., Юдин С.Г., Крылова Е.А. Влияние сегнетоэлектрического фазового перехода на вольт-амперные характеристики ленгмюровских пленок ТДОБАМБЦЦ. // XVIII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2011. Сборник тезисов. С. 83.

12. Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Исследование сегнетоэлектрического фазового перехода в ленгмюровских пленках ТДОБАМБЦЦ адсорбционными, оптическими и электрофизическими методами. // XVIII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2011. Сборник тезисов. С. 54.

13. Zaitsev V.B., Levshin N.L., Khlybov S.V., Yudin S.G. Phase transition in Langmuir liquid crystal films. // The 5th forum Nano and Giga Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy, Moscow - 2011. Abstracts. P. 109.

14. Левшин Н.Л., Форш П.А., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Исследование вольт-амперных характеристик ленгмюровских пленок жидких кристаллов в области сегнетоэлектрического фазового перехода. // VIII Национальная Конференция РСНЭ-НБИК, Москва - 2011. Сборник тезисов. С. 123.

15. Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изменение оптических и электрофизических свойств ленгмюровских пленок жидких кристаллов при сегнетоэлектрическом фазовом переходе. // VIII Национальная Конференция РСНЭ-НБИК, Москва - 2011. Сборник тезисов. С. 125.

16. Хлыбов C.B., Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Юдин С.Г. Изучение оптических свойств тонких пленок жидких кристаллов, изготовленных по различным технологиям. // XIX Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2012. Сборник тезисов. С. 184.

17. Хлыбов C.B., Левшин Н.Л., Форш П.А., Юдин С.Г., Крылова Е.А., Назаров В.В. Влияние толщины ленгмюровских пленок жидких кристаллов на их электрофизические свойства. // XIX Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2012. Сборник тезисов. С. 185.

18. Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изменение с толщиной оптических свойств тонких пленок жидких кристаллов. // I Всероссийская конференция по жидким кристаллам, Иваново - 2012. Сборник тезисов. С. 112.

19. Vybornov M.M., Zaytsev V.B., Zaytseva A.V., Levshin N.L., Khlybov S.V. Phase transition in Langmuir liquid crystal films. // Problems of gas dynamics, heat and mass transfer in power technology, International scientific school, Moscow - 2011. Abstracts. P. 63.

20. Зайцева A.B., Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Структура и электрофизические свойства пленок жидких кристаллов, изготовленных по ленгмюровской технологии. // V Конференция «Научная дискуссия: вопросы

24

физики, математики, информатики», Москва - 2012. Сборник статей. С. 4047.

21.Лсвшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Адсорбционные свойства ленгмюровских пленок жидких кристаллов. // XVII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2010. Сборник статей. Т. 17, Часть 1. С. 345-349.

22. Левшин Н.Л., Мартышов М.Н., Форш П.А., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изучение проводимости ленгмюровских пленок жидких кристаллов при адсорбции молекул метанола и йода. // XVII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2010. Сборник статей. Т. 17, Часть 1. С. 349-353.

23. Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Хлыбов C.B., Юдин С.Г. Изменение оптических свойств ленгмюровских плёнок ТДОБАМБЦЦ при фазовом переходе. // XVII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2010. Сборник статей. Т. 17, Часть 1. С. 306-311.

24. Левшин Н.Л., Форш П.А., Хлыбов C.B., Юдин С.Г., Крылова Е.А. Влияние сегнетоэлектрического фазового перехода на вольт-амперные характеристики ленгмюровских пленок ТДОБАМБЦЦ. // XVIII Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2011. Электронный журнал «Структура и динамика молекулярных систем». 2011. №10, А. С. 5663.

25. Хлыбов C.B., Зайцев В.Б., Левшин Н.Л., Юдин С.Г. Изучение оптических свойств тонких пленок жидких кристаллов, изготовленных по различным технологиям. // XIX Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик-2012. Сборник статей. Т. 2. С. 142-146.

26. Хчыбов C.B., Левшин Н.Л., Форш П.А., Юдин С.Г., Крылова Е.А., Назаров В.В. Влияние толщины ленгмюровских пленок жидких кристаллов на их электрофизические свойства. // XIX Конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик - 2012. Сборник статей. Т. 2. С. 146-148.

Подписано к печати ,22.0{.43 Тиргж ¿00 Заказ 3

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

§1.1. Жидкие кристаллы.

§ 1.1.1. Общие сведения.

§ 1.1.2. Симметрия и сегнетоэлектричество жидких кристаллов.

§ 1.1.3. Фазовые превращения.

§ 1.1.4. Оптические и электрофизические свойства жидких кристаллов.

§1.1.5. Жидкие кристаллы ДОБАМБЦ и ТДОБАМБЦЦ.

§ 1.2. Ленгмюровские пленки.

§ 1.2.1. Общие сведения.

§ 1.2.2. Перенос монослоев на твердую подложку.

§ 1.2.3. Электрические и оптические свойства.

§ 1.3. Тонкие пленки смектических жидких кристаллов.

§ 1.3.1. Общие сведения.

§ 1.3.2. Тонкие пленки жидких кристаллов ДОБАМБЦ и ТДОБАМБЦЦ.

§ 1.4. Взаимосвязь адсорбционных свойств и фазовых переходов на поверхности твердых тел.

§ 1.5. Выводы из литературного обзора и постановка задачи.

Глава 2. Методика эксперимента.

§ 2.1. Характеристики использованных пленок.^

§ 2.2. Конструкция ячеек, вакуумной установки и нагревательной системы.

§ 2.3. Методика электрофизических измерений.

§ 2.4. Методика адсорбционных измерений.

§ 2.5. Методика оптических измерений.

§ 2.6. Методика структурных измерений.

Глава 3. Экспериментальная часть.

§3.1. Изотермы сжатия исследуемых ленгмюровских пленок.

§ 3.2. Структура сверхтонких пленок ТДОБАМБЦЦ.

§ 3.3. Исследование адсорбционных свойств сверхтонких пленок ТДОБАМЦЦ.

§ 3.4. Исследование электрофизических свойств тонких пленок

ТДОБАМЦЦ.

§ 3.4.1. Измерения, проведенные на постоянном токе.

§ 3.4.2. Измерения, проведенные на переменном

§ 3.5. Исследование оптических свойств тонких пленок

ТДОБАМЦЦ.

§ 3.6. Взаимосвязь структуры пленок ТДОБАМБЦЦ с оптическими и электрофизическими свойствами.

Основные результаты.

Актуальность темы.

Теоретическое и экспериментальное исследование свойств жидких кристаллов продолжает оставаться в центре внимания специалистов, так как результаты этих исследований могут найти непосредственное техническое применение в приборах молекулярной электроники. Для этой цели наибольший интерес представляют сверхтонкие пленки, изготовленные на основе жидких кристаллов. В работах, опубликованных в последние годы, отмечалось, что свойства смектиков в объемной фазе и сверхтонких пленок того же состава существенно отличаются. Кроме того, при уменьшении толщины сверхтонких пленок наблюдается изменение их свойств. Это, прежде всего, касается фазовых переходов, которые в пленках могут происходить послойно по мере изменения температуры. Структура смектиков, как правило, неоднородна по толщине пленки. Так, например, монотонно может изменяться угол наклона директора по отношению к нормали к смектическому слою. Наличие ограничивающих пленку поверхностей оказывает существенное влияние на равновесные и динамические характеристики. Зависимость свойств сверхтонких пленок от их толщины, по-видимому, обусловлена изменением подвижности молекул жидкого кристалла. В настоящее время в научной литературе высказывается сомнение по поводу существования мезофазы в сверхтонких пленках.

В тонких пленках, имеющих структурные дефекты, изменение свойств при фазовом переходе наблюдается, как правило, в достаточно широком интервале температур. Для того чтобы обнаружить фазовый переход и понять, какова природа и механизм этого фазового превращения, необходимо подробное изучение самых различных свойств материала в широком интервале температур, включающем точку перехода.

В литературе в настоящее время практически отсутствуют данные о температурах и природе фазовых превращений в сверхтонких пленках жидких кристаллов, а также об изменении оптических, электрофизических и адсорбционных свойств этих объектов при фазовом переходе. В то же время, подобные исследования представляют интерес для фундаментального исследования систем пониженной размерности и анализа возможности использования тонких пленок сегнетоэлектрических жидких кристаллов в устройствах молекулярной электроники. Цель работы.

Обнаружение в исследуемых образцах фазовых переходов, выяснение их природы, исследование влияния фазовых превращений на оптические, электрофизические и адсорбционные свойства. Практическая значимость работы.

Получены данные, характеризующие зависимость структурных, оптических, электрофизических и адсорбционных свойств сверхтонких пленок жидких кристаллов от таких параметров, как толщина пленки, температура измерений, частота и амплитуда прикладываемого внешнего электрического поля при электрических измерениях, длина волны и поляризация падающего света. Подобная информация представляет большую ценность для изучения систем, обладающих пониженной размерностью. С практической точки зрения эти данные необходимы при создании сверхтонких сегнетоэлектрических пленок, для изготовления малогабаритных конденсаторов с большой удельной емкостью и для других применений в электрических и электрооптических системах. Результаты исследований также могут быть полезны при анализе фундаментальных физических свойств жидкокристаллических структур. Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: XVI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009 г.), ХУЛ, ХУП1 и XIX Всероссийских конференциях «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2010, 2011 и 2012 гг.), Национальная конференции по росту кристаллов (Москва, 2010 г.), УШ Национальная конференции РСНЭ-НБИК (Москва, 2011 г.), I Всероссийская конференция по жидким кристаллам РКЖК-2012 (Иваново, 2012 г.), International scientific school «Problems of gas dynamics, heat and mass transfer in power technology» (Moscow, 2011 г.), The 5th forum «Nano and Giga Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy» (Moscow, 2011 г.), V Международная заочная научно-практическая конференция «Научная дискуссия: вопросы физики, математики, информатики» (Москва, 2012 г.). Публикации.

Основное содержание диссертации изложено в 5 статьях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, а также в 14 тезисах и в 7 сборниках статей конференций. Личный вклад автора.

Основная часть экспериментальных исследований выполнена автором лично, анализ полученных результатов и написание статей проведены совместно с другими соавторами. Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа изложена на 137 страницах, содержит 1 таблицу, 80 рисунков и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, основных выводов и библиографического списка, содержащего 102 ссылки на цитируемые литературные источники.

1. Сонин А.С. Введение в физику жидких кристаллов. М.: Наука, 1983. 320 с.

2. Шибаев В.П. Необычные кристаллы или загадочные жидкости. // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 11. С. 37 46.

3. Де Жен П. Физика жидких кристаллов. М.: Мир, 1977. 400 с.

4. Евдокимов Ю.М., Салянов B.C., Семенов С.В., Скуридин С.Г. Жидкокристаллические дисперсии и наноконструкции ДНК. М.: Радиотехника, 2008. 296 с.

5. Лёвшин Н.Л. Поверхностные явления в физике фазовых переходов в твердых телах. М.: Физический факультет МГУ, 2008. 288с.

6. Чандрасекар С. Жидкие кристаллы. М.: Мир, 1980. 344 с.

7. Блинов Л.М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. М.: Наука, 1978, 384 с.

8. Boden N., Bushby R. J., Clements J. Mechanism of quasi-one-dimesional electronic conductivity in discotic liquid crystals. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98, №7. P. 5920 5932.

9. Chandrasekhar S., Sadashiva B.K., Suresh K.A. Liquid crystals of disc-like molecules. // Pramana. 1977. V. 9, № 5. P. 471 480.

10. Усольцева H.B., Акопова О.Б. Дизайн низкомолекулярных и полимерных дискотических мезогенов. // Высокомолекулярные соединения, Серия А. 2010. Т. 52, № 10. С. 1728 1755.

11. Kouwer P.H.I., Jager W.F., Mijs W.J., Picken S.I. The nematic lateral phase: A novel phase in discotic supramolecular assemblies. // Macromolecules. 2001. V. 34, № 22. P. 7582 7584.

12. Акопова О .Б., Шабышев Л.С., Ветрова З.П., Карабанов Н.Т. Особенности поведения смесей дискотических жидких кристаллов в качестве неподвижных фаз в газовой хроматографии. // Журнал физ. химии. 2000. Т. 74, №2. С. 293-296.

13. Brand Н. R., Cladis P. Е., Pleiner Н. Symmetries and physical properties of polar columnar phases in materials composed of achiral molecules. // Europhys. Lett. 2002. V. 57, № 3. p. 368 375.

14. Kumar S. Playing with discs. // Liquid Crystals. 2009. V. 36, № 6-7. P. 607 -638.

15. Усольцева Н.В., Акопова О.Б., Быкова В.В., Смирнова А.И., Пикин С.А. Жидкие кристаллы: дискотические мезогены. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2004. 546 с.

16. Березина Е.В. Производные фталоцианина как присадки к смазочным композициям. Иваново: Иван. гос. ун-т, 2007.240 с.

17. Реутов О .А., Курц А.Л. ,Бутин К.П. Органическая химия. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004. 264 с.

18. Блинов Л М, Береснев Л А. Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы. // УФН. 1984. Т. 143, № 3. С. 391 428.

19. Островский Б.И., Рабинович А.З., Сонин А.С., Струков Б.А., Чернова Н.И. Сегнетоэлектрические свойства смектического жидкого кристалла. // Письма в ЖЭТФ. 1979. Т. 25, № 2. С.80 83.

20. Пикин С. А. Структурные превращения в жидких кристаллах. М.: Наука, 1981.336с.

21. Giesselmann F., Zugenmaier P. Smectic-A*-smectic-C* transition in a ferroelectric liquid crystal without smectic layer shrinkage. // Physical Review E. 1999. V. 60, №1. P. 598-602.

22. Singh A., Singh S. Application of a generalised thermodynamic model to study of the ferroelectric properties of DOBAMBC and DOBA-1-MPC. // Liquid Crystals. 2008. V. 35, № 6. P. 727 736.

23. Singh S., Singh A., Singh P., Singh Ab. Phase transitions in ferroelectric liquid crystals. //Phase Transitions. 2008. V. 81, № 9. P. 815-855.

24. Mukherjeel P.K., Pleiner H., Brand H.R. A phenomenological theory of the isotropic to chiral smectic-C phase transition. // Eur. Phys. J. E. 2005. V. 17, № 4. P. 501 -505.

25. Osipov M.A., Gorkunov M.V. Ferroelectric ordering in chiral smectic C* liquid crystals determined by nonchiral intermolecular interactions. // Phys. Rev. E. 2008. V. 77, № 3. P. 031701-1 031701-13.

26. Пикин С.А., Инденбом В.JI. Термодинамические состояния и симметрия. //УФН. 1978. Т. 125, № 2. С. 251 276.

27. Струков Б.А. Сегнетоэлектричество в мезофазах. // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 9. С. 101-105.

28. Струков Б.А. Сегнетоэлектричество в кристаллах и жидких кристаллах: природа явления, фазовые переходы, нетрадиционные состояния вещества. // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 4. С. 81-89.

29. Beresnev L.A., Blinov L.M., Baikalov V.A., Pozhidayev E.P., Purvanetska G.V., Pavluchenko A.I. Ferroelectricity in tilted smectics doped with optically active additives. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1982. V. 89, № 1-4. P. 327 338.

30. Штыков Н.М., Барник М.И., Палто С.П., Блинов Л.М., Pelzl G., Weibflog W. Диэлектрические свойства антисегнетоэлектрического жидкого кристалла, образованного банановидными молекулами. // ЖЭТФ. 2002. Т. 121, №. 3. С. 739 746.

31. Weissflog W., Lischka Ch., Dielea S., Pelzl G., Wirth I. New banana-shaped mesogens exhibiting switchable phases at relatively low temperatures. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1999. V. 328, № 1. P. 101 109.

32. BarnikM. I., BlinovL.M., ShtykovN.M., PaltoS.P., Pelzl G., Weissflog W. Fine structure of the repolarization current in the B2 phase of a banana compound. // Liquid Crystals. 2002. V. 29, № 4. P. 597 603.

33. Link D.R., Natale G., Shao R., Maclennan J.E., Clark N.A., Korblova E., Walba D.M. Spontaneous aormation of macroscopic chiral domains in a fluid smectic phase of achiral molecules. // Science. 1997. V. 278, № 5345. P. 1924 -1927.

34. Dozov I. On the spontaneous symmetry breaking in the mesophases of achiral banana-shaped molecules. // Europhys. Lett. 2001. V. 56, № 2. P. 247 254.

35. Niori Т., Sekine Т., Watanabe J., Furukawa Т., Takezoe H. Distinct ferroelectric smectic liquid crystals consisting of banana shaped achiral molecules. // J. Mater. Chem. 1996. V. 6. P. 1231 1233.

36. Schmalfuss H., Weissflog W., Hauser A., Kresse H. Dielectric response of the B2 phase. //Proc. SPIE. 2000. V. 4147. P. 109 113.

37. Soto Bustamante E., Yablonskii S. V., Ostrovskii В. I., Beresnev L. A., Blinov L.M., Haase W. Antiferroelectric behavior of achiral mesogenic polymer mixtures. // Liq. Cryst. 1996. V. 21, № 6. P. 829 839.

38. Walba D.M., Korblova E., Shao R., Maclennan J.E., Link D.R., Clark N.A. A ferroelectric liquid crystal conglomerate composed of racemic molecules. // Science. 2000. V. 288, № 5474. P. 2181 2184.

39. Tournilhac F., Blinov L.M., Simon J., Yablonsky S.V. Ferroelectric liquid crystals from achiral molecules. // Nature. 1992. V. 359, № 6396. P. 621 623.127

40. Blinov L.M. On the way to polar achiral liquid crystals. // Liquid Crystals. 1998. V. 24, №1. P. 143 152.

41. Зарянов В.Я. Структурные, оптические и электрооптические свойства одноосно ориентированных плёнок капсулированных полимером жидких кристаллов. // Докторская диссертация, Красноярск, Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН. 2002. 265с.

42. Палто С.П. Электрооптика и фотоника жидких кристаллов. // УФН. 2005. Т. 175, № 7. С. 784 790.

43. Блинов JI.M. Электрооптические эффекты в жидких кристаллах. // УФН. 1974. Т. 114, № 1.С. 67-92.

44. Meyer R.B., Liebert L., Strzelecki L., Keller P. Ferroelectric liquid crystals. // J. Phys. Lett. (Paris). 1975. V. 36. P. 69-71.

45. Yoshino K., Uemoto Т., Inuishi Y. Ferroelectric behaviour of smectic liquid crystal. // Jpn. J. Appl. Phys. 1977. V. 16, № 4. P. 571 574.

46. Martinot-Lagarde Ph. Flexo- and ferro-electricity observation of ferroelectrical monodomains in the chiral smectic С liquid crystals. // J. Phys. Colloques. 1976. V. 37, № 3. P. 129 132.

47. Yoshino K., Ozaki. M., Agawa H., Shigeno Y. Thickness and temperature dependences of dielectric property and electro-optic effect in ferroelectric liquid crystal. //Ferroelectrics. 1984. V. 58, № 1. P. 283 304.

48. Takezoe H., KondoK., Miyasato K., Abe S., TsuchiyaT., FukudaA., Kuze E. On the methods of determining material constants in ferroelectric smectic C* liquid crystals. // Ferroelectrics. V. 58, № 1. P. 55 70.

49. Yoshino K., Inuishi Y. Ferroelectric liquid crystal and its application. // Jpn. J. Appl. Phys. 1981. V. 20, Suppl. 20-4. P. 3 9.

50. Uemoto Т., Yoshino K., Inuishi Y. Ferroelectric properties of chiral smectic liquid crystal. // Jpn.J.Appl.Phys. 1979. V. 18, № 7. P. 1261 1265.

51. Блинов Л.М. Ленгмюровские пленки. // УФН. 1988. Т. 155, № 3. С. 443 -475.

52. Блинов Л.М. Физические свойства и применение ленгмюровских моно- и мультимолекулярных структур. // Успехи химии. 1983. Т. 52, № 8. С. 1263 -1300.

53. Александров А.И. Структура мезогенов в объемных образцах и пленках Ленгмюра-Блоджетт. // Докторская диссертация, Москва, Институт кристаллографии им. A.B. Шубникова РАН. 2002. 450 с.

54. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Учеб для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1984. 368 с.

55. Ivakin G.I., Klechkovskaya V.V., Sukhorukov G.B. Fabrication of thin crystal films of organic compounds. // Thin Solid Films. 1994. V. 250, № 1-2. P. 238 -242.

56. Ковальчук M.B., Клечковская B.B., Фейгин Л.А. Молекулярный конструктор Ленгмюра-Блоджетт. // Природа. 2003. Т. 72, № 12. С. 45 48.

57. Акципетров O.A., Ахмедиев H.H., Мишина Е., Новак В.Р. Генерация второй гармоники в ленгмюровском монослое. // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 37. С. 175-179.

58. Беловолова Л.В., Масляницын И.А., Савранский В.В., Шигорин В.Д. Нелинейно-оптические свойства пленок Ленгмюра—Блоджетт родаминовых красителей. // Квантовая Электроника. 1996, Т. 23, № 6. С. 553-556.

59. Roberts G.G. An applied science perspective of Langmuir-Blodgett films. // Adv. in Physics. 1985. V. 34, № 4. P. 475 512.

60. Новак В.Р. Исследование затухания в тонкопленочных оптических волноводах на основе мультислойных пленок Ленгмюра-Блоджетт. // Микроэлектроника. 1983. Т. 12. № 1. С. 181 190.

61. Львов Ю.М. Ленгмюровские пленки получение, структура, некоторые применения. // Кристаллография. 1987. Т. 32, № 3. С. 800 - 814.

62. Seto J., Nagai T., Ishimoto С., Watanabe H. Frictional properties of magnetic media coated with Langmuir-Blodgett films. // Thin Solid Films. 1985. V. 134, № 1-3. P. 101 108.

63. Штыков C.H., Русанова Т.Ю. Наноматериалы и нанотехнологии в химических и биохимических сенсорах: возможности и области применения. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. общества им. Д.И. Менделеева). 2008. Т. LH, № 2. С. 92 100.

64. Дульцев Ф.Н. Тонкие пленки как основа химических и биологических сенсоров. // Докторская диссертация. Новосибирск, Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН. 2007. 251с.

65. Романов В.П., Ульянов C.B. Динамические свойства смектических пленок. // УФН. 2003. Т. 173, № 9. С. 941-962.

66. Островский Б.И. Динамика смектических мембран в лучах синхротрона. // Природа. 2002. № 7. С. 34 46.

67. ДолгановВ.К. Структуры и фазовые переходы в тонких жидкокристаллических пленках. // УФН. 2005. Т. 175, № 7. С. 779 784.

68. Долганов П.В., Нгуен Х.Т., Джоли Ж., Кац Е.И., Долганов В.К., Клузо Ф. Стабильность свободно подвешенных жидкокристаллических пленок, измерение энергии взаимодействия поверхностей пленок. // ЖЭТФ. 2007. Т. 32, № 3. С. 756 764.

69. Stoebe Т., Mach P., Huang С.С. Unusual Layer-Thinning Transition Observed near the Smectic-A-Isotropic Transition in Free-Standing Liquid-Crystal Films. // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 73, № 10. P. 1384 1387.

70. Demikhov E.I., Dolganov Y.K., Metelov K.P. Step-by-step thinning of freestanding films above the smectic-A-nematic phase transition. // Phys. Rev. E. 1995. V. 52, № 2. P. 1285 1287.

71. Pankratz S., Johnson P.M., Holyst R., Huang C.C. Thinning transitions in free-standing liquid-crystal films as the successive formation of dislocation loops. // Phys. Rev. E. 1999. V. 60, № 3. P. 2456 2459.

72. Cluzeau P., Joly G., Nguyen H.T., Gors C., Dolganov V.K. Formation of string defects at thinning transitions in smectic-C* free-standing films. // Phys. Rev. E. 2000. V. 62, № 5. P. 5899 5902.

73. Andreeva P.O., Dolganov V.K., Gors C., Fouret R., Kats E.I. Polarization in free standing chiral and nonchiral smectic films. // Phys. Rev. E. 1999. V. 59, № 4. P. 4143-4152.

74. De Boer D.K.G. X-ray scattering from smectic films on a substrate. // Phys. Rev. E. 1999. V. 59, № 2. P. 1880 1886.

75. Martinot-Lagarde Ph., Duke R., Durand G. Temperature dependence of tilt, pitch and polarization in ferroelectric liquid crystals. // Mol. Cryst. Liquid Cryst. 1981. V. 75, № l.P. 249-286.

76. Kondo K., Takezoe H., Fukuda A., Kuze E. Temperature sensitive helical pitches and wall anchoring effects in homogeneous monodomains of ferroelectric Sm C* Liquid Crystals, nOBAMBC (n=6-10). // Jpn. J. Appl. Phys. 1982. V. 21, № 2. P. 224 229.

77. Biradar M., Bawa S.S., Samanta S.B., Chandra S. Measurements of a free value of helical pitch in a thin sample of ferroelectric liquid. // Physica status solidi (a). 1986. V. 97, № 2. P. 427 430.

78. Glogarova M., Pavel J. Behaviour of thin samples of ferroelectric liquid crystals. // Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1984. V. 114, № 1-3. P. 249 -256.

79. Попик В.Ю., Жихарев В.Н., Бенца В.В. Влияние адсорбции на процессы поляризации в сегнетоэлектриках ВаТЮ3 и SbSl. // ФТТ. 1982. Т.24, № 2. С. 486 492.

80. Киселев В.Ф., Козлов С.Н., Левшин Н.Л., Смирнов Н.И. Управление фазовым переходом полупроводник-металл в пленках VO2 методом адсорбционных воздействий. // ФТТ. 1988. Т. 30, № 3. С. 924 926.

81. Левшин Н.Л. Влияние фазовых переходов на термодесорбцию поверхности твердого тела. // ФТТ. 1997. Т. 39, № 3. С. 573 576.

82. Левшин Н.Л. Влияние адсорбционно-десорбционных процессов на фазовые переходы в твердых телах. // Докторская диссертация. Москва, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. 2000. 434 с.

83. Гакель В.Р., Юдин С.Г., Дорошенко B.C., Давыдова Н.Н. Туннельная проводимость мономолекулярных органических пленок. // Электроника органических материалов, М., 1985. Сб. науч. тр. С. 173 176.

84. Ротре Т., Herminghaus S. Three-phase contact line energetics from nanoscale liquid surface topographies. // Phys. Rev. Lett. 2000. V.85, №.9. P . 1930 1933.

85. Herminghaus S., Fery A., Schlagowsky S., Jacobs K., Seemann R., Gau H., Monch W., Ротре T. Liquid microstructures at solid interface. // Journal of Physics: Condensed Matter. 2000. V. 12, № 8A. P. 57 74.

86. Yip C.M. Atomic force microscopy of macromolecular interactions. // Current Opinion in Structural Biology. 2001. V. 11, № 5. P. 567 572.

87. Hansma H.G. Surface biology of DNA by atomic force microscopy. // Annual Review of Physical Chemistry. 2001. V. 52. P. 71 92.

88. Lazarev V.Y., Blinov L.M., Palto S.P., Yudin S.G. Electro-optical and ferroelectric switching of Langmuir-Blodgett films made of a chiral smectic-C liquid crystalline compound. // Thin Solid Films. 2008. V. 516, № 24. P. 8905 -8908.

89. Левшин Н.Л., Юдин С.Г., Дианкина А.Л. Влияние сегнетоэлектрического фазового перехода в пленках Ленгмюра-Блоджетт на их адсорбционные свойства. // Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия.1997. №5. С. 54-56.

90. Левшин Н.Л., Пестова С.А., Юдин С.Г. Влияние фазового перехода на адсорбционные свойства тонких сегнетоэлектрических пленок сополимера винилиден фторида с трифторэтиленом. // Коллоидный журнал. 2001. Т. 63, № 2. С. 229 232.

91. Левшин Н.Л., Юдин С.Г. О существовании фазового перехода в сверхтонких сегнетоэлектрических плёнках поливинилиденфторида. // Высокомолекулярные соединения, сер. Б. 2004. Т. 46, № 11. С. 1981 1984.

92. Левшин Н.Л., Юдин С.Г., Крылова Е.А., Златкин А.Т. Структурный фазовый переход в ленгмюровских пленках фталоцианина ванадила. // ЖФХ. 2008. Т. 82, № 11. С. 2135 2139.

93. Ben-Chorin М., Moller F., Koch F. Hopping transport on a fractal: ac conductivity of porous silicon. //Phys. Rev. B. 1995. V. 51, № 4. P. 2199 2213.

94. Bune A.V., Ducharme S., Fridkin V.M., Blinov L.M., Palto S.P., Petukhova N., Yudin S.G. Novel switching phenomena in ferroelectric Langmuir-Blodgett films. // Appl. Phys. Lett. 1995. V. 67, № 26. P. 3975 3978.

95. Bune A.V., Fridkin V.M., Ducharme S., Blinov L.M., Palto S.P., Sorokin A.V., Yudin S. G., Zlatkin A. Two-dimensional ferroelectric films. // Nature.1998. V. 391, № 6670. P. 874 877.

96. Томашпольский Ю.Я. Пленочные сегнетоэлектрики. M.: Радио и связь, 1984. 193 с.

97. Vargel С. Corrosion of aluminium. Hardbound: Elsevier, 2004. 700 p.