Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы п области акустики жидких кристаллов развивается новое перспективное направление - исследование акусто-оптических явлений п жидких кристаллах (ЖК), связанных с различного рода ориентаииопными пеустойчииостямп ЖК при акустических течениях, возбуждаемых периодическими колебаниями одной из границ -сдвиговые колебания. С другой сторопій, аго связано с развитием исследований в области химии жидких кристаллов, которые позволили получить .материалы, имеющие жидкокристаллическую структуру при комнатной температуре, малыми коэффициентами вязкости, большой анизотропией показателей преломления. В отличие от простых жидкостей п нсматическом жидком кристалле (Н/КК) сдвиговые колебания пластины, возбуждающие акустические течения, приводят к возникновению и распространению в объеме ЖК нескольких сдвиговых волн с различными волновыми векторами. Кроме этого, нематические ЖК отличаются тем, что увеличение интенсивности звука, воздействующего на него, приводит к различным ориентационным неустойчипостям. Пожалуй наиболее интересным является образование стационарного угла наклона директора в поле сдвиговой волны выше некоторой критической амплитуды. Отметим, что при малых амплитудах отклонения директора под действием сдвиговой волны являются симметричными. По достижении некоторой критической амплитуды сдвиговой волны директор перестает отслеживать фазу этой волны, что выражается в появлении стационарного угла наклона директора. В результате такого перехода происходит нарушение симметрии в системе. При дальнейшем увеличении амплитуды сдвига возможно появление азимутальной неустойчивости директора или стационарной гидродинамической конвекции ЖК. В целом представляет интерес изучение ориентацнонных неустончпвостеи сложных молекулярных систем и жидких кристаллов под действием низкочастотных акустических течений, физических механизмов процессов релаксации директора, переход к полной турбулизацпн.
Цель работы. Целью данной диссертационной работы является
исследование ориеитациоиных нсустойчиностсй гомсотрошю-ориептирован-
ных слоен Ж К под действием низкочастотных периодических сдвиговых
течений. {
Научная новизна полученных результат и состоит і: следующем: 1. Обнаружен н и сел единиц аффект образования стационарного угла наклона директора и гомеотропио-ориептиронапных слоях нематических ЖК под действием низкочастотного периодического еднига. . 2. Обнаружен и исслсдонак аффект азимутальной неустойчивости директора в гомсотронпо-ориентиронанпых слоях нематических ЖК, когда при достижении пороговой амплитуды периодического сдвига директор "выходит" из первоначальной плоскости заданного движения и третье измерение.
-
Изучено температурное поведение угла девиации директора - амплитуды его колебания в окрестности фазового перехода нематик - изотропная фаза под действием периодического сдвига. Показано, что величина девиации директора аномально растет при приближении к точке фазового перехода.
-
Показано, что при импульсном сдвиговом течении в определенном диапазоне амплитуд импульсного сдвига происходит образование нестационарных периодических доменных структур, релаксация которых идет через процесс образования одиночных ориентационных волн вдоль слоя ЖК, имеющих свойства автосолитонов.
-
Исследован сценарий перехода к турбулентному состоянию слоя НЖК при действии сдвигового акустического течения. Показано, что в этом случае возникают низкочастотные флуктуационные моды, ответственные за образование конвективных течений - системы "роллов", а сам процесс перехода к турбулнзации сопровождается непрерывным ушнрением спектра низкочастотных флуктуации f<25 Гц (частота воздействия »200 Гц).
Практическое значение работы состоит в следующем:
-
Результаты представленных исследований могут быть использованы при разработке акустооптических низкочастотных преобразователей и сенсорных устройств.
-
Полученные результаты могут быть полезными при дальнейшей разработке теории нелинейных явлений в ЖК.
На защиту выносятся следующие положения:
-
При воздействии низкочастотных сдвиговых осцилляции на гомсотрониый слой нематического ЖК при некоторой пороговой амплитуде сдвига а„| возникает стационарный наклон молекул ЖК.
-
При воздействии низкочастотных сдвиговых осцилляции на гомеотрогшмй слой нематического ЖК при некоторой пороговой амплитуде сдвига ап2 имеет место эффект азимутальной неустойчивости молекул ЖК, выражающийся в том, что директор "выходит" из плоскости первоначального сдвига и начинает описывать эллиптическую траекторию.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 15-ой Международной конференции по жидким кристаллам (Венгрия, Будапешт, 1994), на Первой научной конференции молодых ученых - физиков Республики Башкортостан (Башкирия, Уфа, 1994), на Европейской конференции по жидким кристаллам (Словения, Бовек, 1995), на 3-ей Всероссийской конференции студентов-физиков (Россия, Екатеринбург, 1995), на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ленинские горы-95" (Москва, 1995), на 16-ой Международной конференции по жидким кристаллам (США, Кент, 1996), на 4-ой Всероссийской конференции студентов-физиков (Россия, Екатеринбург, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, изложена на 158 страницах, содержит 28 иллюстрации и список литературы из 182 наименований.