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Growth of two dimensional domains in copolymer thin films

Abstract
Quenching experiments on very thin films (≈ 1 000 Å) of symmetric diblock copolymer deposited on solid substrates result in the formation of circular relief domains at the free surface of the sample. It is due to the quantization of the possible thicknesses of the sample which accompanies the lamellar ordering of the two species parallel to the substrate. Depending on the average thickness of the film, the domains can be depressions or elevations. Based on the conjecture of a simple dislocation structure of the domain edge, equations governing the time evolution of the domain size distribution are proposed. The flows involved in the domain growth are shown to be confined into a bilayer which is disrupted at the dislocation lines. The hypothesis is made that interlayer frictions dominate. The growth kinetics of a single hole in a finite film is finally solved explicitely. Its radius is found to decay as a 1/3 power law of its life time.

Résumé
Lorsqu'on trempe des films très minces (1 000 Å d'épaisseur) de copolymères déposés sur un substrat solide, des domaines circulaires apparaissent en relief à la surface de l'échantillon. Ce phénomène est dû à la formation d'un ordre lamellaire dans le film qui s'accompagne d'une quantification de son épaisseur locale. Les domaines peuvent correspondre à des dépressions ou des élévations, selon l'épaisseur du film initial. Après avoir postulé que la structure des bords des domaines est une simple dislocation, on établit les équations qui gouvernent leur croissance. On montre en particulier que les écoulements de polymère qui permettent cette évolution doivent prendre place dans une bicouche incomplète enfermée entre deux monocouches complètes, et on fait l'hypothèse que la dissipation provient essentiellement du frottement entre couches. Le cas d'un trou unique dans un film de surface finie est finalement examiné en détail. Son rayon évolue comme la puissance 1/3 de sa durée de vie.