Фазовые переходы и ориентационные дефекты в тонких свободно подвешенных пленках смектических жидких кристаллов

• Автор: Долганов, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Глава 1. Методика экспериментальных исследований свободно подвешенных плёнок

§1.1 Приготовление образцов

§1.2 Методика оптических измерений: отражение, микроскопия, исследования в электрическом и магнитном поле

§1.3 Использованные вещества

§1.4 Заключение

Глава 2. Жидкокристаллические плёнки с антиклинной и синклинной структурой

§2.1 Плёнки антисегнетоэлектрических жидких кристаллов

§2.2 Переход антисегнетоэлектрик-сегнетоэлектрик в тонких плёнках

§2.3 2л- и л-стеики в тонких смектических плёнках

§2.4 Заключение

Глава 3. Плёнки антисегнетоэлектрического жидкого кристалла при высокой температуре
§3.1 Исследование перехода ЗтСД-ЗтС’-БтЛ методом поляризованного отражения
§3.2 Микроскопические исследования
§3.3 Ориентационные дефекты в плёнках
§3.4 Заключение
Глава 4. Расчёт структуры субфаз и фазовых переходов в объёмных образцах и тонких плёнках
§4.1 Метод расчёта структур и фазовых переходов
§4.2 Структура субфаз объёмных образцов
§4.2.1 Фазовая диаграмма для свободной энергии в виде Р = Р1 4- Рг + -^4
§4.2.2 Фазовая диаграмма для свободной энергии в виде Р = Ро, Р = Р0 4- Ре и Р = Ро + Р4 4-
§4.2.3 Влияние хиральности на структуру фаз
§4.2.4 Структуры с изменением модуля параметра порядка
§4.3 Тонкие плёнки антисегнетоэлектрического жидкого кристалла при высокой температуре
§4.4 Заключение
Глава 5. Капли нематика и изотропной жидкости в смектических плёнках
§5.1 Капли в смектических плёнках, ориентированных магнитным полем
§5.2 Самоорганизация капель, образующихся при освещении плёнки
§5.3 Заключение
Заключение
Список литературы

^ Актуальность темы диссертации.
Жидкие кристаллы (ЖК) состоят из анизотропных органических молекул [1]. В нематических ЖК (нематиках) молекулы одноосно ориентационно упорядочены. Единичный вектор, определяющий направление ориентации длинных осей молекул, называется директором п. Направления п и —п эквивалентны, отсюда, в частности, следует, что нематик не обладает спонтанной электрической поляризацией. Смектические фазы характеризуются одномерным слоевым упорядочением, фактически они представляют собой одномерные кристаллы. В смектической А (БшА) фазе длинные оси молекул перпендикулярны плоскости слоев. В смектической С (БшС) фазе длинные оси наклонены по отношению к нормали на некоторый угол. Проекция осей на плоскость слоёв называется с-директором. Угол наклона молекул в может рассматриваться как параметр порядка смектической С фазы. Таким образом, смектик С в направлении, перпендикулярном слоям, представляет собой одномерный кристалл, а в плоскости слоёв — двумерную ориентированную жидкость. Направление наклона молекул в различных слоях смектика С одно и то же (т.н. синклинная структура). В отличие от нематического п-директора, двумерное поле с-директора не обладает эквивалентностью направлений с и —с. Это, в частности, приводит к важным следствиям, связанным с типом и конфигурацией топологических дефектов в смектике.
ЖК могут быть образованы хиральными молекулами, то есть молекулами, не совпадающими со своим зеркальным отражением. Это приводит к существенным изменениям свойств ЖК. Фазы, образованные хиральными молекулами, обычно обозначают звёздочкой (например БтС*). Для смектических фаз эффект хиральности заключается в следующем. Направление плоскости наклона молекул поворачивается от слоя к слою, т.е. образуется спиральная структура. Как было показано Мейером и др. [2], хиральность приводит также к электрической поляризации, перпендикулярной плоскости наклона молекул. Шаг спирали в БгпС* фазе составляет обычно порядка нескольких сотен нанометров, поэтому объёмные образцы, толщина которых значительно больше шага спирали, не обладают спонтанной поляризацией в отсутствии электрического поля. Образцы малых размеров (меньше шага спирали),

ориентация с-директора в образце может быть менее выгодна с точки зрения электростатического взаимодействия молекулярных диполей. Это взаимодействие будет противодействовать ориентации молекул магнитным полем. Возможно, что в больших магнитных полях можно будет добиться однородной ориентации молекул в плёнке и удастся наблюдать 27г-стенки в плёнках с нечётным числом слоёв, однако это, по-видимому, требует использования полей, существенно превосходящих по величине использованные поля.
§2.4 Заключение
Проведены исследования сверхтонких плёнок в антисегнетоэлектрической фазе. Методами оптической микроскопии и измерения поляризованного отражения исследован переход антисегнетоэлектрик-сегнетоэлектрик в тонких плёнках. Исследованы линейные ориентационные дефекты в плёнках антисегнетоэлектрика и неполярного смектика С. В этих исследованиях определены двумерные константы упругости и ориентационной вязкости плёнок смектика С, а также величины упругих констант в плёнках антисегнетоэлектрика. Оценена величина продольной поляри-

зации плёнки антисегнетоэлектрика с чётным числом слоёв. Исследован процесс переориентации молекул в плёнках при изменении направления поля. Показано, что линейные дефекты играют важную роль в процессе переориентации плоскости наклона молекул.