German Title: Effekte der strukturellen Unordnung auf die elektrischen Eigenschaften molekularer organischer Ferroelektriker und Halbleiter

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Abstract

Structural disorder plays a significant role in organic materials because it influences many of their properties. The electrical properties of structurally disordered organic thin films of several molecular ferroelectric materials and one semiconducting polymer were investigated. Supramolecular ferroelectric discotic trialkylbenzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) was pre-aligned by dip coating, which improved ferroelectric switching similarly to field annealing. Furthermore, Barkhausen noise in BTA was simulated using kinetic Monte Carlo method to gain insight into the switching mechanisms of organic ferroelectric materials. Self-organized critical behavior was established in the BTA system with varying degrees of disorder. Additionally, Barkhausen noise in the ferroelectric copolymer poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) (P(VDF:TrFE)) was measured experimentally. The experimental behavior of the P(VDF:TrFE) system differed slightly from the anticipated self-organized critical behavior. Three non-planar, C3-symmetric triphenylamine (TPA) derivatives were investigated for their ferroelectric behavior. Although no direct evidence of ferroelectricity was observed, considerable electrical conductivity with temperature hysteretic behavior originating from structural reordering at elevated temperatures was established for all three TPAs. Finally, experiments provided evidence that the thermoelectric properties of dip-coated and doped semiconducting π-conjugated polymer poly(3-hexylthiophene) (P3HT) thin films generally improve due to less disorder associated with a better overall packing in the P3HT system, despite the absence of aligned P3HT morphologies.

Translation of abstract (German)

Strukturelle Unordnung ist für organische Materialien von großer Bedeutung, da sie mehrere ihrer Eigenschaften beeinflusst. Die elektrischen Eigenschaften strukturell ungeordneter organischer Dünnschichten mehrerer molekularer ferroelektrischer Materialien und eines halbleitenden Polymers wurden untersucht. Das supramolekulare, ferroelektrische, diskotische BTA wurde durch Tauchbeschichtung ausgerichtet, wodurch sich eine Verbesserung des ferroelektrischen Schaltens, ähnlich wie bei Feldausrichtung, nachweisen ließ. Des Weiteren wurde das Barkhausenrauschen in BTA mittels kinetischer Monte-Carlo-Methode simuliert, wodurch sich weitere Einblicke in die Schaltmechanismen organischer ferroelektrischer Materialien ergaben. Dabei wurde im System ein selbstorganisiertes kritisches Verhalten für unterschiedliche Unordnungsgrade festgestellt. Zusätzlich wurde das Barkhausenrauschen im ferroelektrischen Copolymer P(VDF:TrFE) experimentell gemessen. Das experimentelle Verhalten des P(VDF:TrFE)-Systems wich geringfügig vom erwarteten selbstorganisierten kritischen Verhalten ab. Darüber hinaus wurde das ferroelektrische Verhalten dreier nicht-planarer, C3-symmetrischer TPAs untersucht. Obwohl keine direkten Hinweise auf Ferroelektrizität vorlagen, zeigte sich eine hohe elektrische Leitfähigkeit mit temperaturhysteretischen Verhalten für alle drei TPAs, die auf struktureller Umordnung bei höheren Temperaturen beruht. Schließlich belegten Experimente, dass sich die thermoelektrischen Eigenschaften von tauchbeschichteten und dotierten Dünnschichten aus dem halbleitenden, π-konjugierten Polymer P3HT aufgrund geringerer Unordnung und einer insgesamt besseren Materialpackung im P3HT-System generell verbessern, obwohl keine ausgerichteten P3HT-Morphologien beobachtet wurden.