Caractérisation et manipulation de domaines de films minces ferroélectriques de titanate de baryum par microscopie à champ proche : application à la réorientation locale de molécules de cristal liquide

Characterization and manipulation of domains of ferroelectric baryum titanate thin films by scanning probe microscopy : application to the local reorientation of liquid crystal molecules

• Auteur / Autrice : Jean-François Blach
• Direction : Marc Warenghem
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Artois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie en champ proche

Cristaux liquides -- Couches minces

Ferroélectricité

Résumé

A l'aube de la réalisation de composants "tout optique", les cristaux liquides se dévoilent comme des matériaux potentiellement intéressants, particulièrement grâce à leur biréfringence élevée et leur réponse optique non linéaire. Usuellement l'alignement du cristal liquide est imposée de manière macroscopique. Nous proposons dans le cadre de cette étude de contrôler cet alignement à l'échelle du micromètre en utilisant des films minces ferroélectriques comme couche d'alignement. En effet, il a été démontré que les matériaux ferroélectriques orientent localement des molécules de cristal liquide. De plus, depuis la fin des années 90, la microscopie à champ proche permet la manipulation des domaines de films minces ferroélectriques. Nous avons donc tenté d'orienter localement des molécules de cristal liquide grâce à des domaines générés par microscopie à champ proche. Notre choix s'est porté vers des systèmes constitués de films minces ferroélectriques de titanate de baryum et du 5CB comme cristal liquide. Nous avons d'abord déterminé les paramètres (par diffraction de rayons X, microspectrométrie Raman polarisée, ellipsométrie spectroscopique, et microscopie à champ proche (AFM et EFM)) liés à la structure des films minces conduisant à un dépôt homogène de cristal liquide à la surface de ces films puis nous avons ensuite mis en évidence l'influence des domaines (inscrits par microscopie à champ proche) sur une couche de cristal liquide par des méthodes optiques (microscopie optique polarisée, microspectrométrie Raman confocale polarisée et par des déviations de faisceaux).

At dawn of the realization of all-optical components, liquid crystals are potentially interesting materials, particularly thanks to their high birefringence and their nonlinear optical properties. Usually the alignment of the liquid crystal is imposed in a macroscopic way. We propose to control this alignment at micrometer scale by using thin films ferroelectric. Indeed, the local alignment of liquid crystal by ferroelectric material was demonstrated. Moreover, since the end of the nineties, scanning probe microscopy allows the domain manipulation of thin films ferroelectric. We thus tried to locally oriented liquid crystal molecules thanks to the domains generated by scanning probe microscopy. Our choice went towards systems made up of barium titanate thin films ferroelectric and 5CB like liquide crystal. We initially determined the parameters (by X-Ray diffraction, polarized Raman microspectrometry, ellipsometric spectroscopy, and scanning probe microscopy (AFM and EFM)) related to the structure of thin films leading to a homogeneous liquid crystal deposition at the surface of these films. Then we have highlighted the influence of the domains (writing by scanning probe microscopy) on a liquid crystal layer by optical methods (polarized microscopy, confocal polarized Raman microspectrometry and by beams deviations).