Optical Properties of CuSCN/Stilbazolium Dye Hybrid Thin Films

Abstract

Проведено еліпсометричну діагностику гібридних органічно-неорганічних плівок тіоціанату міді CuSCN зі стільбазолієвим барвником різної концентрації. Досліджені зразки з концентраціями барвника 4-N,N-диметиламіно-4′-N′-метил-стільбазоліум тозілат, що дорівнювали 0, 25, 250 та 1000 мкмоль/дм3, було нанесено на підкладки з оксиду олова, допованого фтором. Для характеризації оптичних властивостей гібридних органічно-неорганічних плівок вимірювались кутові залежності таких еліпсометричних параметрів як зсув фаз ∆ між p- та s-компонентами вектора поляризації та азимут Ψ відновленої лінійної поляризації в широкому інтервалі кутів падіння світла. З їх кутових залежностей визначались головний кут падіння світла ϕp та величина tgΨmin. Для характеризації електронних властивостей досліджених гібридних органічно-неорганічних плівок було визначено показники заломлення n і поглинання k та оптичну провідність σ у моделі напівнескінченного середовища. Знайдено, що зростання концентрації стільбазолієвого барвника в гібридних органічно-неорганічних плівках з 25 до 250 мкмоль/дм3 призводить до збільшення головного кута падіння світла та показника заломлення. Але поведінку еліпсометричних параметрів для плівки з максимальною концентрацією барвника 1000 мкмоль/дм3 не можна пояснити лише збільшенням концентрації барвника. Ймовірно, така модифікація оптичних властивостей гібридних органічно-неорганічних плівок з максимальною концентрацією барвника пов’язана зі структурним фазовим переходом від ромбоедричної β-фази до орторомбічної α-фази CuSCN при високих концентраціях барвника, що підтверджується даними дифракції рентгенівських променів у інших роботах. Зроблено висновок про відсутність оптичної анізотропії приповерхневих шарів плівок.

Ellipsometric diagnostics of hybrid organic-inorganic films of copper thiocyanate CuSCN with stilbazolium dye of different concentrations was carried out. The investigated samples with 4-(N,N-dimethylamino)-4′-(N′-methyl) stilbazolium tosylate concentrations of 0, 25, 250 and 1000 µmol/dm3 were deposited on F-doped tin oxide substrate. To characterize the optical properties of hybrid organic-inorganic films, the angular dependences of such ellipsometric parameters as the phase shift Δ between p- and s-components of the polarization vector and the azimuth Ψ of the restored linear polarization were measured within a wide range of light incidence angles. Due to their angular dependences, the principal angle ϕp of light incidence and the value of tgΨmin were determined. To characterize the electronic properties of the subsurface layers of the investigated hybrid organic-inorganic films, the refractive n and absorption k indices and the optical conductivity σ were defined according to the semi-infinite medium approximation. It was found that an increase in the concentration of stilbazolium dye in hybrid organic-inorganic films from 25 to 250 µmol/dm3 leads to an increase in the principal angle of light incidence and the refractive index. However, the behavior of the ellipsometric parameters of a film with a maximum dye concentration of 1000 μmol/dm3 cannot be explained only by an increase in the dye concentration. It was assumed that this modification of the optical properties of hybrid organic-inorganic films with a maximum dye concentration is associated with a structural phase transition from the rhombohedral β-phase to the orthorhombic α-phase of CuSCN at high dye concentrations, which is confirmed by X-ray diffraction data presented in other works. It is concluded that there is no optical anisotropy of the subsurface layers of the studied samples.