ПОВЕРХНОСТНОЕ ДИПОЛЬНОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ СУБМИКРОННЫХ ПЛЕНОК ПОЛИДИФЕНИЛЕНФТАЛИДА

Рассмотрена проблема поверхностного дипольного упорядочения тонких полимерных слоев в нанометровой области толщин. Экспериментально исследованы субмикронные диэлектрические пленки электроактивного полимера полидифениленфталида, в состав молекул которого входят боковые фталидные группы с относительно большим дипольным моментом. Интерес к данному полимеру вызван аномально высокой проводимостью границы раздела полимер—полимер. Ранее этот эффект связывали с возможным поверхностным упорядочением фталидных групп. Используя методы сканирующей микроскопии пьезоэлектрического отклика, исследована поверхность субмикронных пленок, созданных методом центрифугирования. Обнаружено проявление спонтанной поляризации, указывающей на наличие упорядочения диполей. Для определения объемного и поверхностного вклада в поляризацию пленок, исследованы процессы поляризации и релаксации в образцах разной толщины. Установлено, что при уменьшении толщины возрастает сигнал пьезоэлектрического отклика и электрически формируемые домены приобретают идеальную радиальную форму. Это является подтверждением того, что преобладающий вклад в ориентационные процессы вносят поверхностные слои полимерной пленки. Обнаружено переключение поляризации, проявляющееся в смене контраста сигнала пьезоотклика при приложении поля различной полярности. Наличие таких поверхностных явлений привлечено для объяснения уникальных электронных свойств границ раздела полярных органических диэлектриков.

1. Bune, A. V. Two−dimensional ferroelectric films / A. V. Bune, V. M. Fridkin, S. Ducharme, L. M. Blinov, S. P. Palto, A. V. Sorokin, S. G. Yudin, A. Zlatkin // Nature. − 1998. − V. 391, N 6670. − P. 874—877.

2. Fridkin, V. M. Ferroelectricity at the nanoscale / V. M. Fridkin, S. Ducharme // Physics−Uspekhi. − 2014. − V. 57, N 6. − P. 597— 603. DOI: 10.3367/UFNr.0184.201406d.0645

3. Khan, M. A. High−performance ferroelectric memory based on phase−separated films of polymer blends / M. A. Khan, U. S. Bhansali, M. N. Almadhoun, I. N. Odeh, D. Cha, H. N. Alshareef // Adv. Funct. Mater. − 2014. − V. 24, N 10. − P. 1372—1381.

4. Blinov, L. M. Two−dimensional ferroelectrics / L. M. Blinov, V. M. Fridkin, S. P. Palto, A. V. Bune, P. A. Dowben, S. Ducharme // Physics−Uspekhi. − 2000. − V. 43, N 3. − P. 243—257. DOI: 10.1070/ PU2000v043n03ABEH000639

5. Alves, H. Metallic conduction at organic charge−transfer interfaces / H. Alves, A. S. Molinari, H. Xie, A. F. Morpurgo // Nature materials. − 2008. − V. 7, N 7. − P. 574—580. DOI: 10.1038/nmat2205

6. Gadiev, R. M. The conducting polymer/polymer interface / R. M. Gadiev, A. N. Lachinov, R. B. Salikhov, R. G. Rakhmeev, V. M. Kornilov, A. R. Yusupov // Appl. Phys. Lett. − 2011. − V. 98, N 17. − P. 173305−1—173305−3. DOI: 10.1063/1.3584135

7. Gadiev, R. M. Effect of dipole ordering on the electrical properties of the interface between two organic insulators / R. M. Gadiev, A. N. Lachinov, A. F. Galiev, L. R. Kalimullina, I. R. Nabiullin // JETP Lett. − 2014. − V. 100, N 4. − P. 251—255. DOI: 10.1134/ S0021364014160061

8. Peter, F. Piezoresponse force microscopy and surface effects of perovskite ferroelectric nanostructures. Reihe Informationstechnik/ Information Technology. Bd. 11 / F. Peter. − Julich : Forschungszentrum Julich GmbH, 2006. − 106 p.

9. Bystrov, V. S. Nanoscale polarization patterning of ferroelectric Langmuir–Blodgett P (VDF−TrFE) films / V. S. Bystrov, I. K. Bdikin, D. A. Kiselev, S. Yudin, V. M. Fridkin, A. L. Kholkin // J. Phys. D: Appl. Phys. − 2007. − V. 40, N 15. − P. 4571—4577. DOI: 10.1088/0022-3727/40/15/030.

10. Wu, C. R. Some chemical and electronic structures of the non−conjugated polymer poly (3, 3′−phthalidylidene−4, 4′−biphenylene) / C. R. Wu, A. N. Lachinov, N. Johansson, S. Stafstrom, T. Kugler, J. Rasmusson, W. R. Salaneck // Synthetic Metals. − 1994. − V. 67, N 1. − P. 125—128. DOI:10.1016/0379-6779(94)90024-8

11. Kukhta, A. Polydiphenylenephthalide: Optical Spectroscopy and DFT Calculations. / A. Kukhta, I. Kukhta, S. Salazkin // Mater. Sci. − 2011. − V. 17, N 3. − P. 266—270.

12. Kiselev, D. A. Investigation of the ferroelectric properties and dynamics of nanodomains in LiNbO3 thin films grown on Si (100) substrate by scanning probe microscopy techniques / D. A. Kiselev, R. N. Zhukov, S. V. Ksenich, A. P. Kozlova, A. S. Bykov, M. D. Malinkovich, Yu. N. Parkhomenko // Thin Solid Films. − 2014. − V. 556. − P. 142—145. DOI: 10.1016/j.tsf.2014.01.041

13. Kiselev, D. A. Piezo− and pyroelectric hysteresis in thin unipolar PZT films / D. A. Kiselev, A. L. Kholkin, A. A. Bogomolov, O. N. Sergeeva, E. Y. Kaptelov, I. P. Pronin // Techn. Phys. Lett. − 2008. − V. 34, N 8. − P. 646—649. DOI: 10.1134/S1063785008080063

14. Kholkin, A. L. Self−polarization effect in Pb(Zr, Ti)O3 thin films / A. L. Kholkin, K. G. Brooks, D. V. Taylor, S. Hiboux, N. Setter // Integrated Ferroelectrics: An International Journal. − 1998. − V. 22, N 1−4. − P. 525—533. DOI: 10.1080/10584589808208071

15. Jonscher, A. K. Universal relaxation law / A. K. Jonscher. − London : Chelsea Dielectric Press, 1996. − 415 p. 16. Kornilov, V. M. Electron−microscopic analysis of polymer thin films capable of switching to the conductive state / V. M. Kornilov, A. N. Lachinov // Synthetic metals. − 1992. − V. 53, N 1. − P. 71— 76. DOI: 10.1016/0379-6779(92)90009-8

16. Киселев, Д. А. Инициирование поляризованного состояние в тонких пленках ниобата лития, синтезированных на изолированные кремниевые подложки / Д. А. Киселев, Р. Н. Жуков, А. С. Быков, М. Д. Малинкович, Ю. Н. Пархоменко, Е. А. Выговская // Известия вузов. Материалы электронной техники. − 2012. − № 2. − С. 25—29.

17. Lines, M. E. Principles and application of ferroelectrics and related materials / M. E. Lines, A. M. Glass. − Oxford : Clarendon Press, 1977. − 736 p.