Надмолекулярные структуры в сегнетоэлектрической смектической С * фазе жидких кристаллов Андреев, Александр Львович

Введение к работе

Актуальность темы: В 1975 г. Р.Мейер теоретически показал, что молекулярный порядок в наклонной смектической фазе жидких кристаллов, состоящих из оптически активных (хиральных) молекул (смектическая С* фаза), обеспечивает новое свойство жидких кристаллов - спонтанную поляризацию. Вскоре был синтезирован первый жидкокристаллический сегнетоэлектрик (СЖК).

Линейный электрооптический эффект (вследствие

взаимодействия электрического поля со спонтанной поляризацией) и
бистабильность СЖК сделали возможным создание

быстродействующих (времена переключения несколько микросекунд) устройств обработки и отображения информации, в том числе и с пассивной адресацией.

Считается, что бистабильность СЖК с временами памяти порядка нескольких секунд возможна только при поверхностной стабилизации (подавлении) геликоидальной структуры сегнетоэлектрической С* фазы, если с помощью специального воздействия внешнего электрического поля удается подавить возникающие при этом деформации смектических слоев, то есть бистабильность СЖК чисто поверхностное явление. Такой тип бистабильности предполагает, что запоминаются только два оптических состояния: с минимальным и максимальным светопропусканием, а мультистабильность невозможна.

Каждому электрооптическому эффекту в СЖК соответствует своя надмолекулярная структура - особый тип упаковки молекул с определенной- симметрией. Поиск новых электрооптических эффектов связан с поиском новых типов надмолекулярных структур.

Целью работы является поиск новых надмолекулярных структур, в частности бистабильных и мультистабильных, существование стабильных состояний в которых не зависело бы от

параметров ограничивающих поверхностей и не требовало бы воздействия внешнего электрического поля. Кроме того, необходимо описать все типы надмолекулярных структур с общих позиций, например с помощью термодинамических соотношений, связывающих свободную энергию структуры с экспериментально измеряемыми параметрами СЖК.

Научная новизна работы заключается в следующем: *.

1. Показано, что в толстых (свыше 30 мкм) слоях негеликоидальных СЖК, в случае если спонтанная поляризация Р_с>50. нКл/см^г и деформации смектических слоев подавлены, существуют два стабильных состояния, причем существование бистабильности не связано с влиянием поверхности и не требует . специального воздействия внешнего электрического поля.

2. Экспериментально показано, что в толстых слоях негеликоидальных СЖК, с определенным строением нехиральной матрицы и Р_с>100 нКл/см² .существуют три стабильных состояния. Возникающие в этом случае флуктуации поляризации приводят к возникновению оптической мультистабильности.

3. Показано, что время переключения негеликоидальных СЖК
зависит от частоты изменения электрического поля.

Практическая значимость результатов, полученных в работе:

1. Эффект объемной бистабильности в.. СЖК, позволяет получать
бистабильность с временами памяти 10²-10³ с. „.....

2. Оптическая . мультистабильность СЖК дозволяет получить безгистерезисную дискретную шкалу серого, причем каждая градация фиксируется при изменении как амплитуды,, так и длительности импульса управляющего напряжения.

3. Частотная зависимость времени переориентации директора негеликоидальных СЖК позволяет уменьшить время переключения от 1,5 до 2 раз, не увеличивая напряженность электрического поля.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. В объеме негеликоидальных СЖК, в зависимости от величины
спонтанной поляризации и химического строения нехиральнои
матрицы, существуют либо два, либо три стабильных состояния.

2. Появление третьего стабильного состояния связано с флуктуациями
поляризации в объеме негеликоидальных СЖК, спонтанная
поляризация которых превышает 100 нКл/см². Возникающее в этом
случае пространственно неоднородное распределение поляризации
вдоль направления ортогонального смектическим слоям приводит к
возникновению оптической мультистабильности.

3. Для негеликоидальных СЖК время переключения зависит от частоты изменения электрического поля.

4. Если стабилизирующее влияние поверхности на гомеотропно ориентированный слой СЖК не приводит к полному подавлению геликоида, то за счет движения доменных границ в такой надмолекулярной структуре возможна более быстрая переориентация директора в слабых полях, чем при линейном электрооптическом эффекте в поверхностно стабилизированных СЖК,.

Апробация работы: 4-я Международная конференция по
сегнетоэлектрическим жидким кристаллам, Токио, Япония, 1993.
Международный симпозиум " Сегнето и пьезоэлектрические
материалы", Москва, 1994. 5-я Международная конференция по
сегнетоэлектрическим жидким кристаллам, Кембридж,

Великобритания, 1995. Международная конференция SPIE по жидким кристаллам "Поверхностные явления", С-Петербург, 1995. 16-я Международная конференция по жидким кристаллам, Кент, США, 1996.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти

глав, основных выводов и списка литературы. Общий объем работы 130

страниц машинописного текста, включая 68 рисунков, 1 таблицу и список литературы из 59 наименований.

Похожие диссертации на Надмолекулярные структуры в сегнетоэлектрической смектической С * фазе жидких кристаллов

Особенности атомной структуры кристаллов магнониобата свинца в сегнетоэлектрической релаксорной фазеЛебединская Алла Робертовна

Теория дифракции на кристаллах с планарными дефектами и ее применение для изучения структуры мартенситных фазРущиц Сергей Вадимович

Внутреннее трение в сегнетоэластической фазе кристалла ниобата бария-натрияБирюков, Александр Викторович

ЭПР ионов таллия в протонных стеклах, сегнето- и антисегнетоэлектрических фазах смешанных кристаллов дигидрофосфата рубидия-аммония (radp)Изотов, Владислав Викторович

Физические свойства смектической С* фазы жидких кристаллов и принципы создания жидкокристаллических сегнетоэлектриков с заданными электрооптическими свойствамиПожидаев Евгений Павлович

Анизотропия поверхностной энергии и барического коэффициента поверхностной энергии полиморфных фаз металлических кристалловАрефьева Людмила Павловна

Анализ двойникования кристаллов мартенситной фазы в сплавах с эффектами памяти формыЧжэн Шаотао

Особенности термодинамики и кинетики вырожденных фаз в кристаллахМинюков Сергей Александрович

Ориентационный порядок в растворах углеводородов и нематических жидких кристаллах на поверхности раздела фаз---Пашинина, Юлия Михайловна

Суперпротонные фазовые переходы и переходы в фазу протонного стекла в кристаллах Cs5H3(SO4)4 H2O и Cs5H3(SeO4)4 H2OКабанов, Олег Альбертович