Nahfeldoptische Untersuchungen zum lokalen Schaltverhalten photochromer Fulgide

Abstract

Im Rahmen der Arbeit werden erstmals dünne Fulgidfilme und -schichten mit nahfeldoptischen Methoden im Hinblick auf gezieltes lokales Schalten im SNOM untersucht. Unsubstituiertes Phenyl-Thiophen-Fulgid (Ph-T-F) und mit einem Coumarin-Chromophor substituiertes Thiophen-Isopropyl-Fulgimid (T-iFm-Cou) wurden, eingebettet in Polymer (PMMA und PS), als spin-coating-Filme mit Dicken von d=20µm bzw. d=8µm und d=70nm präpariert. Im SNOM wurde zwischen den Isomeren C und E des Fulgids lokal geschaltet. Der Nachweis erfolgt in dicken Filmen an Ph-T-F in Absorption und in dünnen Filmen an T-iFm-Cou in Fluoreszenz. Letztere ist um zwei Größenordnungen empfindlicherer, hat aber den Nachteil, dass das Cou-Chromophor mit der Zeit photochemisch inaktiviert wird. Die Breiten der geschalteten Bereiche liegen zwischen 430nm und 1300nm bei dicken Ph-T-F-Filmen und bei ca. 360nm bei dünnen T-iFm-Cou-Filmen. Die gemessenen Breiten werden im Experiment durch verschiedene Einflüsse vergrößert, hauptsächlich durch die Feldverteilung vor der SNOM-Spitze. Dies wird anhand eines einfachen Modells quantifiziert. Dünne UHV-Aufdampfschichten von Ph-T-F (d_nom=14nm) bilden beim Tempern auf Raumtemperatur eine probenintrinsische Struktur mit verschiedenen Formen aus. In AFM-, REM- und lichtmikroskopischen Messungen werden diese gegeneinander abgegrenzt. Strukturierte Fulgidschichten sind lokal im Nahfeld und im Fernfeld mehrfach reversibel schaltbar. An der Inselstruktur (typische Durchmesser D=400nm - 1000nm, Höhe h=30nm - 120nm) erfolgen Detailuntersuchungen zum lokalen Schalten des Fulgids in fester Phase. Dies wird durch die Änderung der Absorption der Inseln nachgewiesen. Der Schaltprozess erfolgt im Volumen und nicht nur an der Oberfläche der Inseln. Reversibles Schalten ist auch bei goldüberdeckten Inseln möglich. Die Entstehung des Bildkontrasts in den SNOM-Bildern wird analysiert und die verschiedenen Beiträge gegeneinander abgegrenzt.

In this work thin fulgide-films and -layers are investigated with near-field optical methods with respect to aimed local switching in SNOM. Phenyl-thienyl-fulgide (Ph-T-F)and coumarin-substituted thienyl-isopropyl-fulgimide (T-iFm-Cou) embedded in polymer (PMMA and PS) were spin-coated to d=20µm, d=8µm and d=70nm thick films. In SNOM local switching between the C and E isomer of the fulgides was induced. Switching was detected in absorption for the thick Ph-T-F-films and in fluorescence for the thin T-iFm-Cou-films. The sensitivity of the latter one is increased by two orders of magnitude but has the disadvantage of the coumarin fading by and by. The switched areas are sized between 430nm and 1300nm for the thick Ph-T-F-films and about 360nm for the thin T-iFm-Cou-films. The experimentally measured widths are enlarged by several influences, mainly the distribution of the field in front of the SNOM-tip. This is quantified with a simple model. Thin, UHV-evaporated layers of Ph-T-F (d_nom=14nm) form a structure with different patterns, while being tempered to room-temperature. These patterns are characterized using AFM, SEM, and light-microscopy. Such structured fulgide-layers can be reversibly switched several times - locally in the near-field, and in the far-field. The island-structure of the fulgide-layers (typical diameters D=400nm to 1000nm, heights h=30nm to 120nm) is investigated in detail concerning the local switching process of fulgide in solid state. This is achieved by measuring the change of absorption of the islands. The switching process occurs in bulk-material and not only at the surface of the islands. Reversible switching is also possible with gold-covered islands. Image-contrast in SNOM-images is investigated and different contributions are discussed.