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Surface relief gratings on azobenzene containing polymer films were prepared under irradiation by actinic light. Finite element modeling of the inscription process was carried out using linear viscoelastic analysis. It was assumed that under illumination the polymer film undergoes considerable plastification, which reduces its original Young's modulus by at least three orders of magnitude. Force densities of about 10(11) N/m(3) were necessary to reproduce the growth of the surface relief grating. It was shown that at large deformations the force of surface tension becomes comparable to the inscription force and therefore plays an essential role in the retardation of the inscription process. In addition to surface profiling the gradual development of an accompanying density grating was predicted for the regime of continuous exposure. Surface grating development under pulselike exposure cannot be explained in the frame of an incompressible fluid model. However, it was easily reproduced using the viscoelastic model with finite compressibility. (C) 2004 American Institute of Physics
Sinusoidally shaped surface relief gratings made of polymer films containing, azobenzene moieties can be created by holographic illumination with laser light of about lambda approximate to 500 nm. The remarkable material transport takes place at temperatures far (100 K) below the glass transition temperature of the material. As probed by visible light scattering the efficiency of grating formation crucially depends on the polarization state of the laser light and is maximal when circular polarization is used. In contrast to VIS light scattering X-ray diffraction is most sensitive for periodic surface undulations with amplitudes below 10 nm. Thus, combined in-situ X-ray and visible light scattering at CHESS were used to investigate the dynamics of surface relief grating formations upon laser illumination. The time development of grating peaks up to 9th order at laser power of P = 20 mW/cm(2) could be investigated, even the onset of grating formation as a function of light polarization. A linear growth of grating amplitude was observed for all polarizations. The growth velocity is maximal using circularly polarized light but very small for s-polarized light
In festen azobenzenhaltigen Polymeren wurde bei Bestrahlung mit blauem Licht ein makroskopischer Materialtransport beobachtet. Um die Dynamik der Gitterentstehung zu verfolgen, wurde am Speicherring für Synchrotronstrahlung ein Gitterschreibaufbau errichtet. Damit konnte erstmals in dieser Arbeit die Gitterbildungsgeschwindigkeit in-situ simultan mit Röntgen- und Lichtstreuung untersucht werden. Mit Hilfe einer speziellen Anpassung der Röntgenstreutheorie konnten sehr gute Übereinstimmungen von theoretischen Berechnungen mit den Messergebnissen erzielt werden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sich zeitgleich mit einem Oberflächengitter auch ein Dichtegitter entwickelt. Durch die Trennung beider Streuanteile ließ sich die Dynamik der Strukturentstehungen bestimmen. Des weiteren konnte erstmals mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie die molekulare Orientierung an der Oberfläche eines Oberflächengitters nachgewiesen werden. Die Bewegungsursache kann auf einen Impulsübertrag während der Isomerisierung zurückgeführt werden, während die Bewegungsrichtung durch den elektrischen Feldvektor festgelegt wird. Die Theorie der Gitterentstehung konnte verbessert werden.