Введение
Глава 1. Обзор литературы 17
1.1 Несколько слов о неупорядоченных твёрдых телах и о том, какое место среди них занимают стёкла. 17
1.1.1 Неупорядоченность 17
1.1.2 Стёкла 18
1.1.3 Полимеры 23
1.2 Влияние размеров и геометрии объекта на свойства материала 26
1.2.1 Свойства поверхностей полимера и сверхтонких полимерных плёнок 27
1.2.2 Влияние геометрии образца на температуру стеклования 31
1.2.3 Влияние примесей на температуру стеклования 33
1.3 Низкотемпературная динамика неупорядоченных сред 34
1.3.1 Модель двухуровневых туннелирующих систем 34
1.3.2 Квазилокализованные низкочастотные колебательные моды 41
1.4 Спектроскопия одиночных примесных молекул как метод изучения низкотемпературной внутренней динамики неупорядоченных твёрдых тел 42
1.4.1 Детектирование и спектроскопия одиночных флуоресцирующих молекул в твёрдых телах 42
1.4.2 Влияние переходов в туннелирующих двухуровневых системах на бесфононную спектральную линию примесной молекулы. Модель случайных прыжков 47
1.4.3 Временное поведение спектров одиночных молекул в неупорядоченных твердотельных средах 51
1.4.4 Взаимодействие примесной молекулы с квазилокализованными низкочастотными колебательными модами 56
1.4.5 Спектральная динамика примесных молекул в стёклах с низким молекулярным весом 57
1.4.6 Спектральная динамика примесных молекул в олигомерах полиизобутилена 60
Глава 2. Описание экспериментов по спектроскопии одиночных молекул применительно к исследованию низкотемпературной динамики тонких полимерных плёнок и их приповерхностных слоёв 63
2.1 Общая схема установки для спектроскопии одиночных молекул 63
2.2 Приготовление образцов 67
2.3 Метод внедрения примесных молекул на заданную глубину под поверхность полимера
2.3.1 Коэффициент диффузии ТБТ в ПИБ 71
2.3.2 Источники систематической ошибки вычисления расстояния диффузии примесных молекул с поверхности в полимер
2.4 Система управления экспериментальной установкой и регистрации спектральных траекторий 75
2.5 Интерфейс и пример работы программы управления экспериментальной установкой 77
2.6 Процедура извлечения спектров одиночных молекул из сырых экспериментальных данных 80
2.7 Основные результаты и выводы Главы 2 81
Глава 3. Влияние толщины полимерной плёнки на её низкотемпературную динамику 83
3.1 Динамика спектров одиночных примесных молекул в полиизобутилене, соответствующая стандартной модели ДУС 83
3.2 Аномальная динамика в тонких пленках 83
3.3 Зависимость параметров спектральных траекторий примесных одиночных молекул от толщины полимерной пленки
3.3.1 Доля молекул с аномальными спектральными траекториями в общем числе обнаруженных молекул 86
3.3.2 Среднее время стабильности спектра одиночной молекулы 88
3.3.3 Средняя дисперсия времен флуоресцентного свечения одиночной молекулы 89
3.4 Обсуждение результатов 91
3.5 Основные результаты и выводы Главы 3 95
Глава 4. Низкотемпературная динамика в приповерхностных слоях полимера 97
4.1 Результаты экспериментов 98
4.2 Обсуждение результатов 103
4.3 Основные результаты и выводы Главы 4 113
Глава 5. Численное моделирование спектральной траектории одиночной примесной молекулы в неупорядоченной твердотельной среде 117
5.1 Теоретические основы расчёта спектральной траектории одиночной молекулы в рамках стандартной модели туннельной динамики стёкол 118
5.1.1 “Наивный” алгоритм вычисления спектров одиночной молекулы 118
5.1.2 Спектр примесной молекулы, усреднённый за конечное время. Стохастический подход Андерсона-Кубо и Гевы, Рейли и Скиннера 120
5.1.3 Расчёт эволюции спектров во времени: спектральные траектории 124
5.1.4 Учёт однонаправленного сканирования лазерной частоты 1 5.2 Программная реализация 127
5.3 Случай стандартной модели ДУС. Стандартные параметры модели для ТБТ в ПИБ 129
5.4 Модифицирование стандартной модели: другие распределения параметров ДУС.
5.4.1 Увеличение пространственной плотности ДУС 132
5.4.2 Модифицированное распределение туннельных матричных элементов 133
5.5 Приповерхностный слой: введение пространственно неоднородных распределений параметров ДУС 135
5.6 Основные результаты и выводы Главы 5 139
Заключение 140
Словарь терминов 144
Публикации по теме диссертации в рецензируемых научных журналах 145
Публикации по теме диссертации в сборниках научных трудов 146
Список литературы 148
Список рисунков
