Investigations of novel liquid crystals with dipolar order, understanding of their phase diagram, topological defects and low frequency relaxations responsible for dielectric behavior.
Liquid crystals with a dipolar order
In chiral SmC* liquid crystalline phases basicaly the ferroelectric (FE) or antiferroelectric (AF) dipolar order can occur. So far ferroelectricity represents the main potentiality for technical applications as displays, displays with a memory, spatial light modulators, etc. Recently, also a display has been reported based on AF SmC* materials profiting from their higher threshold electric field for switching. On the other hand, thresholdless AF phase has been reported in 1996, which exhibits so called random AF dipolar order.
Besides, another phases with a dipolar order can appear in strongly chiral substances as an intermediate states between the cholesteric and FE phases due to frustration between the layered and twisted ordering. The origin and properties of these phases, know as twist grain boundary (TGB) phases, are not completely understood so far.
In 1996 new polar smectic phases have been discovered in materials composed of banana shaped (bent-shaped) molecules, which can exhibit both AF and FE phases even for non-chiral substances. With these compounds the dipolar ordering is not driven by chirality but by a special molecular form. The number of compounds of this type exhibiting liquid crystalline phases with the dipolar order is rapidly increasing. Their mesomorphic properties are richer than those of classical materials with rod-like molecules.
Research Activities
- Search for new liquid crystalline materials with chiral rod-like molecules and with non-chiral banana-shaped molecules promising new FE and AF structures and TGB phases, or so called „de Vries“ phases, which exhibit no shrinkage of the smectic layer thickness at the phase transition to the FE phase, and thus may provide a defect-free FE structure in planar cells used in display applications.
- Search and study of liquid crystalline monomers to be used as mesogenic parts for design and preparation of dimers and polymers with polar mesophases.
- Investigation of dielectric, electrooptical and optical properties and properties of relaxation modes in confined samples of various dimensions. Chirality, surface interactions and non-linear optical properties in switchable phases composed of bent-shaped molecules. Photoelectric effect in photosensitive materials.
- Study of mixtures of described compounds to optimise FE, switching or properties and to stabilize or induce new phases.
- Defects in FE and AF phases of confined samples and free-standing films, their realtion to observed textures and their behaviour in electric field.
Equipment
- dielectric and electrooptic spectroscopy - impedance analyzer Schlumberger SI1260 (0.01mHz-32MHz), lock-in amplifier SR 530 (5Hz-100kHz), function generator
- apparatus for optical studies based on photoelastic modulator and digital oscilloscope Tektronic
- texture study and optical study of free standing films- optical microscope equipped with camera
Running projects
L. Lejček. GA ČR 202/09/0047 2009-11
Molecular structure and phases of new polar liquid crystals
V. Novotná GAAV ČR IAA100100710 2007-9
New liquid crystals with phases switchable by the electric field
M. Glogarová
MŠMT OC175
2007-10
Multifunctional liquid crystalline materials
M. Glogarová Bilateral project AV ČR –DAAD Germany D7-CZ8/08-09 2008-9
Structure-property relations of long-time stable photoisomerizable
smectic and lyotropic
liquid crystals: new frontiers of electro-optic applications
V. Novotná Bilateral project MŠMT – PMŠ Poland MEB 050818 2008-9
Phases
and structures formed by new bent-shaped molecules
A. Bubnov GAAV ČR IAA100100911 2009-11
New functional materials with fluorinated
chains and photosensitive groups in mesogenic
molecules
A.Bubnov Bilateral project MŠMT – PMŠ Poland MEB 050828 2008-9
New chiral liquid crystals possessing highly tilted smectic phases for optoelectronic applications
Some recent results
Koexistence povrchových a objemových struktur v konečném vzorku smektické B2 fáze
Ve smektické B2 fázi kapalného krystalu, složeného z molekul zahnutého tvaru, byla kromě uniformní antiklinické antiferoelektrické struktury pozorována zkroucená struktura, napojující antiklinickou antiferoelektrickou strukturu uvnitř vzorku se synklinickou feroelektrickou strukturou u povrchu indukovanou povrchovým polárním kotvením molekul [Novotná V. a kol., Journal of Mater. Chem. 16, 2031 (2006))].
Pro vysvětlení pozorovaného jevu byl navržen zjednodušený teoretický model [Lejček L. a kol., Liquid Crystals 35, 11 (2008)], jehož řešení popisuje zkrutovou deformaci, spojující strukturu uvnitř vzorku s povrchovou strukturou a dovolující určit energii pozorované zkroucené struktury. Vzhledem ke koexistenci uniformní a zkroucené struktury na jednom vzorku jsou energie obou struktur srovnatelné. Porovnání těchto energií tedy dovoluje odhadnout parametry modelu, které souvisí s materiálovými konstantami zkoumaného kapalného krystalu.
Vlivem vnějšího elektrického pole dochází k deformaci zmíněných struktur. Při poli menším než při kterém dochází k přechodu do feroelektrické struktury v celém vzorku je preferováno feroelektrické kotvení u jednoho povrchu a znevýhodněno u druhého povrchu (dle polarity pole), na opačném povrchu, kde je kotvení polem znevýhodněné, je struktura antiferoelektrická. Obě struktury jsou vzájemně navázané zkrutovou deformací. Detaily řešení jsou uvedeny v publikaci Lejček L., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 494, 21 (2008).
Zmiňované feroelektrické či antiferoelektrické struktury mohou vytvářet chirální domény. I když jsou molekuly samy o sobě nechirální, jejich uspořádání do smektických vrstev vede ke vzniku domén opačné chirality. Například v tenkých povrchových feroelektrických strukturách je doménovým rozhraním povrchová π-zkrutová disklinace [Lejček L., Liquid Crystals 36, 907 (2009)]. Pokud feroelektrická povrchová struktura vlivem elektrického pole roste, povrchová disklinace se transformuje v π-stěnu, stabilizovanou polem. Řešení popisující takovou π-stěnu je diskutováno v Lejček L., Ferroelectrics, (odesláno k publikaci).
Účelem této studie je posouzení vlivu povrchového kotvení na struktury kapalného krystalu s molekulami zahnutého tvaru a jejich přeměny vlivem elektrického pole. Všechny tyto vlivy ovlivňují elektrooptické vlastnosti vzorku a jejich zkoumání tak vytváří cestu k případným novým elektrooptickým aplikacím.
|
