На правах рукописи

НАГОРСКИЙ НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

ФОТОИНДУЦИРОВАННАЯ ПОДВИЖНОСТЬ МОЛЕКУЛ

В ТВЕРДЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ

ПЛЕНКАХ ИЗ АЗОКРАСИТЕЛЯ AD-1

ПРИ ОДНОФОТОННОМ И ДВУХФОТОННОМ

ВОЗБУЖДЕНИИ

Специальность 01.04.21 — лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 2010

Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук Магницкий Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Першин Сергей Михайлович, НЦВИ ИОФ РАН, г. Москва кандидат физико-математических наук Семиногов Владимир Николаевич, ИПЛИТ РАН, г. Шатура Московской области

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, г. Москва

Защита состоится 18 ноября 2010 года в на заседании диссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственном университете им.

М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 62, корпус нелинейной оптики, аудитория им. С.А. Ахманова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан октября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.31, кандидат физ.-мат. наук, доцент Т.М. Ильинова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Фотоиндуцированная подвижность молекул в твердых полимерных и аморфных средах представляет собой необычное и весьма интересное проявление взаимодействия света с веществом. Существуют твердые материалы, молекулы которых под действием света способны поворачиваться в пространстве или даже перемещаться на расстояния до единиц микрометров. Подобные явления возможны при температурах много ниже температуры стеклования и, как правило, не сопровождаются разрушением или заметным нагревом вещества.

Наиболее ярко эффекты фотоиндуцированной подвижности молекул проявляются в средах на основе азокрасителей, делая их предметом особого внимания со стороны исследователей. Первоначально интерес к материалам на основе азокрасителей был вызван присущей им сильной фотоиндуцированной оптической анизотропией, связанной с их высокой фотоиндуцированной ориентационной подвижностью и проявляющейся в виде дихроизма поглощения и двулучепреломления. Эффекты фотоориентации молекул в материалах, содержащих азокрасители, нашли ряд применений в поляризационной голографии, в оптической записи, хранении и обработке информации. Кроме того, оказалось, что молекулы азокрасителя способны упорядочивать окружающие молекулы, например, полимерные цепи и молекулы жидкого кристалла.

Последнее явление уже используется в современной промышленности при производстве жидкокристаллических дисплеев.

Ориентация молекул при однофотонном поглощении является широко распространенным и экспериментально изученным явлением. Однако применение этого эффекта в фотонике ограничивается формированием двумерных структур. Для локализации воздействия в трехмерной области с размерами порядка дифракционного предела необходимо использовать нелинейное возбуждение молекул. Ориентация молекул при нелинейном возбуждении является в настоящее время малоизученной областью. Немногие экспериментальные работы, посвященные ориентации молекул при нелинейном возбуждении, сводятся в основном к селективному разрушению, а не повороту молекул в пространстве. Это связано с использованием высоких интенсивностей света и повышением вероятности многофотонных процессов поглощения, приводящих к обесцвечиванию молекул красителя.

Следует отметить, что физика процессов переориентации молекул в твердых материалах до конца не понята. Наиболее распространенная точка зрения рассматривает механизмы поворота, основанные на процессе цис-транс изомеризации молекул под действием света. Однако, поскольку переориентация молекул под действием света происходит также и при отсутствии фотоизомеризации, рассматриваются также другие механизмы поворота молекул.

Еще одним ярким проявлением фотоиндуцированной подвижности молекул являются эффекты фотоиндуцированного транспорта вещества. Обычно фотоиндуцированный транспорт вещества наблюдается как изменение рельефа тонкой пленки под действием света, промодулированного по интенсивности или поляризации. Наиболее детально такие эффекты исследованы в азополимерах. Также подобные проявления молекулярного движения были зарегистрированы в молекулярных азостеклах и жидкокристаллических материалах, содержащих молекулы азокрасителей.

Для описания эффектов фотоиндуцированного транспорта вещества в азосодержащих средах были предложены различные механизмы и модели, однако из-за сложности этого процесса построение точной микроскопической теории сопряжено со значительными трудностями. Поэтому имеющиеся на настоящий момент времени теории носят довольно частный характер, обычно позволяя объяснить лишь какой-то конкретный эксперимент и зачастую приводя к прямо противоположным результатам при попытках объяснить другие эксперименты. По той же причине теории в большой степени носят феноменологический характер и связаны с рядом подгоночных параметров.

Твердые наноструктурированные пленки из азокрасителя AD-1 являются новым материалом на основе азокрасителя и обладают рядом особенностей, отличающих их от других используемых в настоящее время материалов. Азокраситель AD-1 в твердых пленках демонстрирует высокую стабильность к выцветанию, которая может обеспечить возможность ориентации молекул при нелинейном возбуждении лазерными импульсами. Твердые пленки из AD-1 обладают возникающей в процессе приготовления случайной анизотропной наноструктурой, которая может быть изменена под действием света. В таких пленках отсутствует полимерная матрица, что позволяет достигнуть максимальной концентрации фоточувствительных молекул и получить значительные эффекты при толщине всего в несколько сотен нанометров. Именно такие структуры представляют наибольший интерес для нанофотоники, так как могут обеспечить управление светом на масштабах порядка или меньше длины волны оптического излучения.

Цели и задачи диссертационной работы Целью данной работы является исследование молекулярной подвижности в тонких пленках из азокрасителя AD-1. При этом основная задача исследований состоит в обнаружении и физической интерпретации новых эффектов. В частности, были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать особенности твердых наноструктурированных пленок из AD-1, отличающие их от других материалов на основе азокрасителей.

2. Реализовать процесс двухфотонной ориентации молекул азокрасителя, связанной с их поворотом в пространстве.

3. Экспериментально исследовать изменения оптических свойств тонких наноструктурированных пленок из азокрасителя AD-1, обусловленные двухфотонной ориентацией молекул по действием фемтосекундных лазерных импульсов.

4. Методами атомно-силовой микроскопии экспериментально исследовать эффекты фотоиндуцированного транспорта вещества в тонких пленках Научная новизна работы 1. Исследованы процессы ориентации и фотоиндуцированного изменения рельефа в новом материале — тонких наноструктурированных пленках из азокрасителя AD-1.

2. Впервые зарегистрирована фотоориентация молекул азокрасителя в твердом материале, происходящая в результате двухфотонного поглощения света и не сопровождающаяся разрушением молекул.

3. Впервые зарегистрирована фотоиндуцированная транс-цис изомеризация азокрасителя AD-1 в твердой пленке как при однофотонном возбуждении, так и при двухфотонном возбуждении под действием фемтосекундных лазерных импульсов.

4. Впервые обнаружен эффект фотоиндуцированного изменения рельефа пленки из твердого азокрасителя под действием света, однородного вдоль поверхности пленки как по интенсивности, так и по поляризации.

5. Предложен новый механизм фотоиндуцированного изменения рельефа в твердых пленках из азокрасителя, основанный на действии сил поверхностного натяжения.

Практическая ценность работы 1. Предложенные в работе наноструктурированные пленки из азокрасителя AD-1 являются перспективным материалом для создания управляемых светом устройств.

2. Обнаруженный эффект транс-цис изомеризации азокрасителя AD-1 в твердом состоянии позволяет объяснить эффекты фотоиндуцированной подвижности молекул этого красителя в твердых наноструктурированных пленках.

3. Поворот молекул AD-1 в твердых пленках в результате двухфотонного поглощения может быть использован для трехмерного поляризационного микроструктурирования, поскольку позволяет локализовать воздействие в трехмерной области на уровне дифракционного предела.

4. Обнаруженный в эксперименте эффект фотоиндуцированного изменения рельефа пленок из AD-1 может найти применения в области нанофотоники для создания анизотропных структур на субволновом пространственном масштабе.

5. Предложенный механизм фотоиндуцированного транспорта вещества в твердых пленках из азокрасителя под действием сил поверхностного натяжения может быть применен для объяснения эффектов фотоиндуцированного изменения рельефа подобных пленок при воздействии света, однородного как по интенсивности, так и по поляризации.

Защищаемые положения 1. При двухфотонном возбуждении молекул азокрасителя в твердом состоянии фемтосекундными лазерными импульсами возможно формирование оптической анизотропии, обусловленной не пассивной фотоселекцией, а ориентационным упорядочиванием молекул.

2. Азокраситель AD-1 в аморфном состоянии способен к эффективной транс-цис изомеризации под действием как однофотонного, так и двухфотонного возбуждений, что обеспечивает фотоиндуцированную подвижность молекул AD-1 в твердых пленках.

3. В наноструктурированной пленке из AD-1 фотоиндуцированное изменение рельефа на субволновом масштабе возможно при воздействии света, однородного вдоль поверхности пленки как по интенсивности, так и по поляризации.

4. При облучении твердой наноструктурированной пленки из азокрасителя AD-1 толщиной 320 нм некогерентным поляризованным излучением интенсивностью около 1 мВт/см с длиной волны 460 нм, направленным перпендикулярно поверхности пленки, формируются и растут выступы, по форме поверхности приближающиеся к полусферам с характерным радиусом порядка 200 нм. Зарегистрированный эффект может быть объяснен подвижностью молекул, связанной с их транс-цис фотоизомеризацией, что приводит к размягчению пленки с последующим формированием сферических выступов под действием сил поверхностного натяжения.

Апробация результатов работы Основные результаты работы опубликованы в 4 научных статьях в журналах “Квантовая электроника”, “Laser Physics”, “Laser Physics Letters”.

Результаты работы докладывались автором на конференциях: конференция молодых ученых в рамках форума “Всемирный год физики в Московском университете” (Москва, 2005 г.), 4-я Всероссийская Школа-Симпозиум “Динамика и структура в химии и биологии” (Москва, 2006), International Conference on Coherent and Nonlinear Optics / International Conference on Lasers, Applications, and Technologies (Минск, Белоруссия, 2007), XVII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ» (Москва, 2010), International Conference on Coherent and Nonlinear Optics / International Conference on Lasers, Applications, and Technologies (Казань, 2010), а также на семинарах кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Личный вклад автора Все результаты, представленные в работе, получены автором лично или при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и трех приложений. Общий объем диссертации — 125 страниц, включая 35 рисунков. Список литературы включает 114 ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цели исследования, показана актуальность рассматриваемой проблемы в контексте ее научной и практической значимости, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации и приведен список основных публикаций по теме работы.

В первой главе диссертации приводится краткий обзор опубликованных в литературе экспериментальных и теоретических результатов, связанных с фотоиндуцированной подвижностью молекул, проявляющейся в эффектах ориентации молекул и фотоиндуцированного изменения рельефа тонких пленок.

Вторая глава посвящена исследованию особенностей твердых наноструктурированных пленок из красителя AD-1 (рис. 1а), отличающих их от других материалов на основе азокрасителей. Пленки толщиной около 300 нм изготавливаются методом осаждения красителя из раствора на центрифуге и приобретают во время изготовления нанорельеф, показанный на рис. 1б.

Рельеф является случайным и не содержит периодических составляющих (рис. 1б). Структура пленок проявляется в их оптических свойствах, вызывая частичное рассеяние света.

Краситель AD-1 имеет широкую полосу поглощения в синей области спектра с максимумом в районе 450 нм. В результате межмолекулярного взаимодействия спектр поглощения AD-1 в растворе отличается от спектра поглощения в твердых пленках. Поскольку рассеяние света зависит от длины волны, стандартная техника не позволяет измерить спектр поглощения AD-1 в твердом состоянии. Однако с помощью специальной методики было установлено, что оптическая плотность пленки из AD-1 для излучения HeNe лазера с длиной волны 632,8 нм не превышает 0.004.

В естественном состоянии краситель AD-1 формирует анизотропные кристаллики (рис. 2а,б,в), которые подобно графиту легко разделяются на плоские чешуйки. Нагрев красителя до температуры выше 145 C приводит к его плавлению. Краситель обладает свойством обратимого термохромизма — при нагреве до температур немного ниже температуры плавления кристаллики Рис. 1: Твердые наноструктурированные пленки из азокрасителя AD-1: (а) — структурная формула азокрасителя AD-1; (б) — АСМ-изображение профиля поверхности наноструктурированной пленки AD-1 (размеры в микрометрах);

(в) — двумерное Фурье-преобразование профиля поверхности в логарифмическом масштабе.

Рис. 2: Фотографии кристаллов AD-1 в белом (а), голубом (б) и красном (в) свете.

становятся практически черными, а после затвердевания и охлаждения восстанавливают свой цвет (рис. 3).

При поглощении поляризованного света молекулы AD-1 способны переориентироваться, что приводит к формированию в пленке анизотропии поглощения — пленка начинает работать подобно поляризатору. Наряду с анизотропией поглощения в пленках из AD-1 существует также анизотропия рассеяния, которая заключается в сильной зависимости эффективности рассеяния от поляризации излучения, длина волны которого лежит вне области поглощения красителя.

Рис. 3: Нагрев и плавление AD-1 на поверхности бумаги.

Наряду с рельефом поверхности определяющую роль в формируемом пленкой распределении светового поля играет ее внутренняя структура. Из рис. 4 видно, что результаты измерения распределения поля на поверхности реальной пленки с помощью сканирующего микроскопа ближнего поля значительно отличаются от распределения поля, рассчитанного путем численного моделирования методом FDTD (Finite-Difference Time-Domain) прохождения света через пленку с таким же рельефом поверхности, но без внутренней наноструктуры.

Рис. 4: Сравнение результатов численного расчета методом FDTD в модели однородной пленки и измерений с помощью микроскопа ближнего поля: (а) — схема эксперимента FDTD; (б) — рельеф поверхности пленки, измеренный с помощью микроскопа ближнего поля в режиме сканирования топографии;

(в,г) — результат численного моделирования методом FDTD для горизонтальной и вертикальной поляризаций соответственно; (д,е) — результат сканирования микроскопом ближнего поля для горизонтальной и вертикальной поляризаций.

Важнейшим свойством азокрасителей, широко используемым для объяснения механизма их фотоиндуцированной подвижности является их способность к обратимой транс-цис изомеризации. Однако в литературе не было свидетельств о регистрации транс-цис изомеризации AD-1 в твердом состоянии, более того, предполагалось, что вследствие нехватки свободного объема она практически полностью подавлена. Для определения возможности трансцис изомеризации азокрасителя AD-1 в твердых пленках был произведен поиск фотохимических реакций в пленках из AD-1 на различных масштабах времени. В результате было обнаружено, что транс-цис изомеризация проходит на масштабах времени порядка нескольких секунд, причем темновая релаксация цис-формы имеет биэкспоненциальный характер (рис. 5). У молекулы AD-1 две азогруппы, поэтому биэкспоненциальный характер может быть объяснен формированием в пленке из AD-1 двух цис-форм под действием света.

Рис. 5: Кинетики фотоиндуцированного роста поглощения (a) и темновой релаксации (б).

В третьей главе приводятся результаты исследований ориентационной фотоиндуцированной подвижности молекул AD-1 в твердых пленках при двухфотонном возбуждении фемтосекундными лазерными импульсами.

Главной сложностью при попытках произвести ориентацию молекул азокрасителя при нелинейном возбуждении является его обесцвечивание. В силу анизотропии поглощения света молекулами, в этом случае тоже наводится анизотропия, поэтому для отделения ориентации молекул от их обесцвечивания была разработана специальная методика, позволяющая на основании оптической плотности пленки для двух поляризаций зондирующего излучения вычислять оценку сверху на число разрушенных молекул и оценку снизу на число переориентированных.

Рис. 6: Схема экспериментальной установки для исследования двухфотонной ориентации молекул: 1 — фемтосекундный Ti:Sapphire лазер; 2 — электрооптический модулятор; 3 — полуволновая пластинка; 4 — призма Глана;

5 — механический затвор; 6,7 — светодиодные матрицы с пленочными поляризаторами; 8 — трехмерная подвижка; 9 — объектив Leica PL Fluotar L (63x/0.70); 10 — ПЗС-матрица; 11 — персональный компьютер; 12 — блок электроники на основе микроконтроллера ATmega128.

В соответствии с методикой была создана экспериментальная установка на основе фемтосекундного Ti:Sapphire лазера (рис. 6). В результате экспериментов был найден режим, при котором в соответствии с указанными оценками более 40% от общего числа молекул переориентировалось перпендикулярно поляризации активирующего излучения при числе разрушенных молекул менее 1%. Микрофотографии пленки, соответствующие указанному режиму, показаны на рис. 7. Для ориентации молекул на пленку в течение 1 мин. оказывалось воздействие последовательностью фемтосекундных импульсов c длительностью фс, частотой повторения МГц, пиковой интенсивностью ГВт/см.

Одновременно с дихроизмом поглощения в пленках из AD-1 наблюдается также поляризационная анизотропия рассеяния, которая заключается в зависимости эффективности рассеяния от поляризации света. Рассеяние приводит Рис. 7: Фотографии поверхности образца, полученные после воздействия фемтосекундного излучения накачки, при повороте поляризации зондируа), /3 (б), / ющего излучения относительно поляризации накачки на к изменению измеряемой оптической плотности при изменении поляризации зондирующего излучения даже в отсутствии поглощения (рис. 8). Поэтому при оценке числа разрушенных молекул необходимо учитывать вклад рассеяния в измеряемые оптические плотности.

Рис. 8: Микрофотографии ориентированной области наноструктурированной пленки из азокрасителя AD-1, полученные с помощью объектива микроскопа (NA 0,2) при использовании красного света (640 нм) в качестве зондирующего: (а) — поляризация зондирующего излучения параллельна поляризации накачки, (б) — поляризация зондирующего излучения перпендикулярна поляризации накачки.

С точки зрения механизма ориентации молекул важнейшим вопросом является возможность их транс-цис изомеризации под действием света. Используя небольшую модификацию установки, показанной на рис. 6, была получена кинетика двухфотонной ориентации (рис. 9), которая отчетливо свидетельствует об изомеризации молекул в пленке.

Рис. 9: Кинетика изменения оптической плотности для поляризации зондирующего излучения, перпендикулярной поляризации накачки.

четвертая глава посвящена фотоиндуцированному транспорту материала в пленках из AD-1, связанному с их трансляционной фотоиндуцированной подвижностью. Фотоиндуцированный транспорт материала наблюдался по изменению под действием света рельефа поверхности пленки, измеряемого с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) На рис. 10а показан профиль пленки до начала облучения. Для точного определения положения образца в различных АСМ-измерениях на пленках были прорезаны до стекла две пересекающиеся полоски, а сами измерения велись вблизи их пересечения.

При освещении поверхности пленки линейно поляризованным светом синего светодиода с интенсивностью около 1 мВт/см, падающим по нормали к поверхности пленки, в течение одного часа наблюдаются заметные изменения рельефа поверхности пленки (рис. 10б). За указанное время подвижные молекулы переориентируются перпендикулярно поляризации света и процесс останавливается. При повороте поляризации на 90 градусов процесс возобновляется с новой силой, затрагивая практически всю поверхность пленки (рис. 10в). В конце концов, подвижные молекулы разворачиваются перпендикулярно поверхности пленки и перестают поглощать активирующее излучение. Для количественной оценки степени изменения рельефа наноструктурированных пленок из AD-1 использовалось значение среднеквадратичного Рис. 10: АСМ-изображения поверхности пленки: (а) — до облучения, (б) — после облучения линейно поляризованным светом, (в) — после дополнительного этапа облучения светом с ортогональной поляризацией.

Рис. 11: Линии постоянной высоты в области образца размером 6х6 мкм: (а) — до облучения; (б) — после облучения линейно поляризованным светом; (в) — после дополнительного этапа облучения светом с ортогональной поляризацией; (г) — увеличенное изображение профиля поверхности вблизи одной из неоднородностей.

Наиболее отчетливо характер показанных на рис. 10 структур проявляется на изображениях линий равной высоты, которые показаны на рис. 11. Из рисунков видно, что в результате воздействия света на поверхности пленки возникают и растут структуры, по форме поверхности приближающиеся к полусферам. Подобный характер формируемых структур объясняется действием поверхностного натяжения и внутренней неоднородностью пленки.

Наблюдаемый процесс аналогичен формированию капель жидкости на плохо смачиваемой поверхности (рис. 12), что подтверждается экспериментом по плавлению красителя на поверхности стеклянной подложки (рис. 12г).

При плавлении красителя получаются капли, подобные показанным на рис. 12в структурам.

Рис. 12: Формирование каплевидных образований на стеклянной подложке:

(а) — исходный рельеф поверхности; (б) — рельеф после облучения линейно поляризованным светом; (в) — рельеф после дополнительного этапа облучения светом с ортогональной поляризацией; (г) — затвердевшие капли расплава AD-1 на стеклянной подложке.

На основании полученных результатов был предложен новый механизм фотоиндуцированного транспорта материала, согласно которому роль активирующего излучения сводится к обеспечению подвижности молекул, подобной подвижности молекул в очень вязкой жидкости, а поверхностное натяжение определяет форму образующихся структур. Предложенный механизм фотоиндуцированного транспорта материала также подтверждается экспериментом по изменению рельефа тонкой пленки под действием неполяризованного света с многократными измерениями как пропускания пленки, так и ее рельефа в течение всего времени воздействия. Зависимость изменения оптической плотности и среднеквадратичного перепада высот, полученная в указанном эксперименте, показана на рис. 13.

Рис. 13: Динамика изменения рельефа пленки и ее оптической плотности при облучении неполяризованным светом.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Исследованы особенности наноструктурированных пленок из AD-1, отличающие их от других материалов на основе азокрасителей. В частности показано, что азокраситель AD-1 в твердой фазе обладает свойством термохромизма, а пленки из AD-1 обладают случайным нанорельефом с характерным масштабом несколько сотен нанометров. Написано программное обеспечение для расчета распределения светового поля на поверхности неровной пленки посредством решения уравнений Максвелла методом FDTD с использованием библиотеки MEEP. Сравнение результатов сканирования распределения светового поля на поверхности пленки из AD-1 с помощью сканирующего оптического микроскопа ближнего поля и расчета этого распределения для однородной пленки с такой же топографией по методу FDTD свидетельствует о том, что пленка обладает развитой внутренней структурой, которая играет определяющую роль при прохождении через нее света вне области поглощения.

2. Создана экспериментальная установка для регистрации фотохимических реакций на масштабах времени от единиц миллисекунд до десятков секунд. Написано программное обеспечение для микроконтроллера, позволившее реализовать необходимую методику эксперимента. Проведен поиск фотохимических реакций в пленке из AD-1 на различных масштабах времени, зарегистрирована изомеризация красителя AD-1 в твердых пленках. Обнаружен биэкспоненциальный характер темновой релаксации поглощения пленки, который может быть обусловлен наличием у AD-1 двух различных цис-форм.

3. Предложена методика, позволяющая по измеренным в эксперименте изменениям анизотропных оптических плотностей рассчитывать оценку сверху для числа обесцвеченных молекул и оценку снизу для числа переориентированных молекул. Показано, что при оценке числа разрушенных молекул необходимо учитывать вклад рассеяния в измеряемые оптические плотности.

4. Найден материал и условия двухфотонного возбуждения, при которых формирование дихроизма поглощения в твердой пленке из азокрасителя связано с поворотом молекул в пространстве и не сопровождается их разрушением или обесцвечиванием.

5. Под действием фемтосекундных импульсов c длительностью фс, частотой повторения МГц и пиковой интенсивностью ГВт/см зарегистрирован поворот более 40% молекул в плоскость, перпендикулярную поляризации активирующего излучения. При этом оценка сверху числа разрушенных молекул оказывается менее 1%.

6. Зарегистрирована транс-цис изомеризация молекул AD-1 в твердой наноструктурированной пленке при двухфотонном возбуждении последовательностью фемтосекундных лазерных импульсов.

7. Обнаружено формирование выступов сферической формы на поверхности твердой наноструктурированной пленки из AD-1 под действием линейно поляризованного света с интенсивностью около 1 мВт/см, направленного перпендикулярно ее поверхности и постоянного вдоль нее как по интенсивности, так и по поляризации. В процессе воздействия происходит также переориентация молекул, поэтому через некоторое время процесс останавливается. При повороте поляризации активирующего излучения на 90 градусов процесс возобновляется с новой силой, затрагивая практически всю поверхность пленки.

8. Зарегистрировано изменение среднеквадратичного перепада высот = 2 2 более чем в 1.5 раза после облучения пленки светом с двумя ортогональными поляризациями.

9. Предложен механизм фотоиндуцированного транспорта вещества в твердой пленке из AD-1 под действием света, однородного как по интенсивности, так и по поляризации. В основе механизма лежат силы поверхностного натяжения, которые приводят к собиранию красителя в капли, подобные каплям жидкости на плохо смачиваемой поверхности.

В предложенном механизме роль активирующего излучения сводится к обеспечению подвижности молекул, подобной подвижности молекул в очень вязкой жидкости. Исследовано поведение расплава азокрасителя AD-1 на поверхности стекла, обнаружено формирование капель, аналогичных по форме структурам, формируемым под действием света.

10. Зарегистрировано изменение рельефа твердой пленки из AD-1 под действием немодулированного света с естественной поляризацией, направленного перпендикулярно ее поверхности. Измерена динамика изменения рельефа и оптической плотности пленки. Полученные результаты согласуются с предложенным механизмом изменения рельефа.

В приложениях приведены исходные коды программ для измерения кинетик фотореакций, расчета распределения светового поля методом FDTD и управления экспериментальной установкой для исследования нелинейной ориентации молекул.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

[1] Я.C. Джанг, В.М. Козенков, С.А. Магницкий, Н.М. Нагорский, Фотоориентация молекул азокрасителя в тонкой твердотельной пленке при нелинейном возбуждении фемтосекундными лазерными импульсами // Квантовая электроника. — 2006. Т. 36. № 11. С. 1056–1057.

[2] A.M. Dubrovkin, Y. Jung, V.M. Kozenkov, S.A. Magnitskii, N.M. Nagorskiy, Nonlinear induced polarization dependent scattering in solid state azo-dye films // Laser Physics Letters. — 2007. V. 4, No. 4. P. 275–278.

[3] S.A. Magnitskiy, N.M. Nagorskiy, V.M. Kozenkov, Orientation of the AD1 azo-dye molecules in solid nanostructured films upon the two-photon excitation // Laser Physics. — 2008. V. 18, No. 12. P. 1400–1410.

[4] А.М. Дубровкин, А.А. Ежов, В.М. Козенков, С.А. Магницкий, В.И. Нагорский, Н.М. Панов, Изменение наноструктуры тонкой твердой пленки азокрасителя AD-1 под действием немодулированного светового излучения // Квантовая Электроника. — 2010. T. 40. № 4. C. 286–287.

[5] Я.C. Джанг, В.М. Козенков, С.А. Магницкий, Н.М. Нагорский, Фотохромные и фотоанизотропные свойства азокрасителя AD-1 в различных агрегатных состояниях // Препринт физического факультета МГУ им.

М.В. Ломоносова. — 2006. № 12/2006. 43 с.

[6] В.М. Козенков, С.А. Магницкий, Н.М. Нагорский, Я.C. Джанг Ориентация молекул азокрасителя AD-1 в твердотельных наноструктурированных пленках при двухфотонном возбуждении // Препринт физического факультета МГУ. — 2007. № 7/2007. 35 c.

[7] С.А. Магницкий, Н.М. Нагорский, Д.В. Яковлев, Система измерения кинетики флуоресценции на основе микроконтроллера ATmega128 // Сборник материалов конференции молодых ученых в рамках форума “Всемирный год физики в Московском университете”. — Cентябрь 2005.

C. 74–76.

[8] A. Maidykovski, J. Yongseok, S. Magnitskiy, N. Nagorsky, A. Ejov, F. Sychev, O. Aktsipetrov, Reflection second-harmonic microscopy of porous silicon structures // Frontiers in Optics, Optical Society of America Technical Digest (CD). — 2006. P. FWE3.

[9] V.M. Kozenkov, S.A. Magnitskii, N.M. Nagorskiy, J. Yongseok, Photoorientation of azo-die molecules in solid-state nanostructured films by twophoton excitation // Technical digest on CD-ROM of the International Conference on Coherent and Nonlinear Optics “ICONO/LAT–2007”. — May 2007. P. I10/III–3.

[10] A.M. Dubrovkin, A.A. Ezhov, Y. Jung, V.M. Kozenkov, S.A. Magnitskii, N.M. Nagorskiy, V.I. Panov, S.V. Savinov, Sub-domain light localization and molecular orientation in azo-dye solid-state nanostructured films // Technical digest on CD-ROM of the International Conference on Coherent and Nonlinear Optics “ICONO/LAT–2007”. — May 2007. P. I02/V–8.

[11] Н.М. Нагорский, Д.М. Зверев, Обратимые фотореакции в наноструктурированной пленке из азокрасителя AD-1 // Материалы Международного молодежного научного форума “ЛОМОНОСОВ-2010” (CD). — Апрель [12] A.A. Ezhov, V.M. Kozenkov, S.A. Magnitskii, N.M. Nagorskiy, V.I. Panov, Photo-orientation of azo-die molecules in solid-state nanostructured films by two-photon excitation // Technical digest on CD-ROM of the International Conference on Coherent and Nonlinear Optics “ICONO/LAT–2010”. — August 2010. P. IMK3.