Введение к работе
Актуальность темы.
Тонкие ориентировавшее молекулярные пленки представляет сегодня несомненный интерес как с точки зрения фундаментальной науки, так и в связи с перспективами практического применения.
Для фундаментальной науки принципиально важным является прежде всего вопросе роли межмолекулярных взаимодействий и взаимодействий молекула-подложка в формировании определенного, типа структуры пленок, а также вопрос о механизме ориентированного роста пленок и формировании её морфологии. Ответ на эти вопросы даст возможность не только получать пленки с совершенной ориентацией иолэуул, но и находить наиболое благоприятные режимы получения пленок с заданной ориентацией и необходимой «информацией молекул.
В настоящее время наибольшее распространение при получении ориентированных молекулярных пленок получил метод Лэнгмсра-' Блоджетт. л'втод Лзнгмсра-Блодхетт связан с переносом монослоев ориентированных органических молекул с поверхности жидкости (обычно водч) на твердую подложку. Этому процессу присущи некоторые недостатки: присутствие следов воды в пленках, жесткие требования к наличию у молокул гидрофильных и гидро|обных групп, что значительно сужает круг используемых ввцеств.
Метод молекулярных пучков іили вакуумной конденсации) обладает существенными преимуществами по сравнению с методом Лэнгмвра-Елоджетт. Одними из главных преимуществ этого метода являются следующие: отсутствие каких-либо специальных требований к структуре молекул, возможность управлять молекулярной ориентацией за счет использования различных температурных и потоковых режимов конденсации пленок, а также возможность воздействовать на рост пленок потоками ионизирующих излучений.
Однако, развитие метода вакуумной конденсации сдерживается
как отсутствием понимания фундаментальных аспектов формирования
ориентированных молекулярных пленок в процессе конденсации мо
лекулярних пучков, так и отсутствием достаточного эксперимен
тального материала. -
- I -
К началу данное работы только для трех веществ: парафинов,
жирных кислот v. фгалоцианинов были получены детальные экспери
ментальные данные о зависимости степени ориентации молекул в
пленке и структуры пленки от различных режимов конденсации.
Вопрос о тон, какяе причини заставляют молекулы сходных органи
ческих веществ ориентироваться по-разному.в зависимости от тем
ператури, величины потока молекул, значений энертий адсорбции и
мехмолекулярного взаимодействия оставался открытым. Приводимые
в ряде работ качественные соображения, основанные на учете су
щественно различных времен жизни молекул на поверхности в пле
нарной у. гоыэотропно)! ориентации на смогли объяснить специфи
ческих закономерностей роста пленок фталоцианинов. Альтернатив
ный подход, основанный на учете вращательных степеней свободы
и представлении молекул в качестве жестких ротаторов, может
объяснить только увеличение времени жизни на поверхности и не
объясняет температурных и потоковых закономерностей роста ориен
тированных молекулярных пленок. , .
Выбор объекта исследований.
Среди материалов, представляющих несомненный интерес для развития молекулярное электроники, особый класс составляют вещества, молекулы которых обладают сильной'оптической анизотропией и возможностью изменять свою коші'ормащш гґод действием электромагнитного поля. К таким веществам относятся жидкие кристаллы и некоторые органические красители. На основе этих веществ сегодня развито широкое производство средств хранения и отображения информации. С другой стороны, эти же вещества представляют значительный интерес и для фундаментальной науки как объекты с уникальной анизотропией свойств.
Именно в силу этих причин два класса жидких кристаллов -представители двух.гомологических рядов алкоксиазоЦианобзнэоловП и алкоксицианобифениловр^ были выбраны в качестве объектов.теоретического и экспериментального изучения:
' CH-pHfc
-. 2 -
Наличие жесткого ядра (мззогэнного фрагмента) у молекул жидких кристаллов дает возможность считать эти молекулы жесткими, не-деформируемыми при моделировании процессов роста тонких пленок из молекулярных пучков. Поэтому жидкие кристалла являются наиболее удачным объектом к для теоретического изучения процессов ориентированной конденсации.
Основной целью работ» было экспериментальное изучение закономерностей роста,тонких ориентированных пленок алкокскциано-бифенилов, а также создание модели роста ориентированных пленок, базирующееся на анализе надмолекулярних взаимодействии и взаимодействий подложка-адсорбат.
Задачи исследования состояли в следующем:
используя развитые к настоящему времени методи расчета энергий ыежмолекулярного взаимодействия, изучить характерные черты потенциалов межмолекулярного взаимодействия в дилерах молекул алкоксипкакобифенилов ;
изучить потенциалы взаимодействия в системах адсорбат (молекула жидкого кристалла-поверхность делочно-галоидного кристалла.
на основе анализа данних потенциалов взаимодействия создать модель, описывающую ориентированный рост тонких планок;
методами Ш-спектроскопии исследовать характерные особенности формирования тонких пленок алноксицианобифенилов. Исследовать влияние температурных и потоковых факторов конденсации на-степень ориентации пленок.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Изучен» раальнче потенциалы мзжмолекуляряого-взаимодействия
в димерах некоторых алкоксицианобифенилов (/7=*1»Ь,5), широко используемых на практике- Выявлена решавшая роль электростатической энергии в формировании устойчивой конфигурации динара (почти антипараллельная ориентация длинных осей молекул). На основе анализа величин вкладов дисперсионной, электростатической и поляризационной энергий в полную энергию взаимодействия объяснены структурные особенности упаковки молекул в. жидко-кристаллическом я кристаллическом состояних.
2. Изучена энергетика взаимодействия молекул алкокскпианобифе-
нилоа с поверхность*! (±00) цГК: (НаСІ, КСІ). Опрвделегы знер-
гии адсорбции їлолекул с поверхностью в плзнарной и гомео-тропной ориентации Показано, что планерная ориентация молекул вдоль (ПО) является энергетически наиболее выгодной.
-
Предложены новые модели парных уежмолекулярных потенциалов, учитывающие структурные особенности молекул и вклада различных составлягдих в полную энергию взаимодействия.
-
Предложена новая модель, сгасчващая рост ориентированных пленок органических молекул в процессе конденсации ыолекуляр-
.них пучков. Ка основе данной модели дано объяснение основний закономерностям ориентированного роста пленок алкоксициано-биіенилов и алкоксиазо вданої ензолов. 5« Изучены особенности роста пленок алкоксицианоби^етшов (для Я« 1,*|5) с использованием методик ИК-спектроскопии НПБО и туннельной микроскопии. Обнаружено, что при увеличении потока конденсирующихся молекул происходит изменение ориентации от гомзотропног. к планарной. Выявленные закономерности кон-' денсации пленок.удовлетворительно описываются в ранках предложенной модели.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
-
Предложена штодика определения режимов конденсации молекулярних пучков, обеспечивающая заданнчй тип ориентации органических молекул на подложке.
-
Разработан пакет программ для расчета энергий ыежмолекуляр-ного взаимодействия и взаимодействий адсорбат-подложка.
-
Разработана новая количественная методика определения степени ориентации органических планок анизотропннх молекул, основанная на использовании ИК-спектроскопии нарушенного.полного внутреннего отражения. . . . .
Апробация работы.
Основина результати, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на Всесовзной конференции "Проектирование внешних запоминающих устройств на подвижных носителях" (1988 год), Пенза, 28 научной конференции университета ПДуыуи-бы (1992 год), Москва, на семинарах физического факультета МГУ и института.физики твердого тела АН СССР.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы в журналах и трудах конференций, список .которых приведен в конца автореферата. Две статьи приняты я опубликованию.
Структура и объем диссертации.
