Электрооптические эффекты в жидкокристаллических средах с индуцированной и спонтанной поляризацией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

МИХАЙЛОВ Алексей Сергеевич

ЭЛЕКТРООПТИЧЁСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СРЕДАХ С ИНДУЦИРОВАННОЙ И СПОНТАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

(специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА-2005

Работа выполнена в Институте кристаллографии имени А. В. Шубникова Российской академии наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Яблонский Сергей Валерьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Акчурин Марат Шихапович

доктор технических наук Беляев Виктор Васильевич

Ведущая организация: Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН

Защита диссертации состоится «__»_2005 г. в_часов на

заседании Диссертационного совета Д002.114.01 при Институте кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН по адресу*. 119333, Москва, Ленинский пр-т., 59

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН

Автореферат разослан «_»_2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д002.114.01, кандидат физико-математических наук

В. М. Каневский

Ч0Ъ8

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Исследования структуры и физических свойств жидких кристаллов, их термодинамического состояния и основных эффектов, лежащих в основе известных технических применений, приобрели за последнее время большой размах и являются неотъемлемой частью физики конденсированного состояния вещества.

Наиболее интенсивно жидкие кристаллы с конца 60-х годов прошлого века применяются в разнообразных оптических устройствах отображения и обработки информации, работающих на основе квадратичных, сравнительно медленных электрооптических эффектов. Расширение области применения жидкокристаллических материалов стимулировало развитие феноменологической теории жидких кристаллов. Важной вехой стало открытие Робертом Мейером около 30 лет назад флексоэлектричеокого и сегнетоэлектрического эффектов в жидких кристаллах. Электрооптические эффекты, основанные на взаимодействии электрического поля с индуцированной и спонтанной поляризацией и чувствительные к полярности электрического напряжения, открывают возможности быстрого управления оптическими характеристиками жидкокристаллической среды. Однако существует ряд объективных причин, сдерживающих применение этих эффектов на практике Например, эффект взаимодействия электрического поля с флексоэлектрической поляризацией, так называемый обратный флексоэлектрический эффект, сравнительно мал. Кроме того, для конкурентноспособности хиральных смектических жидких кристаллов в дисплейной технологии необходимо преодолеть ряд до сих пор нерешённых специфических проблем, таких как трудность получения однородной текстуры подобной той, что легко удается реализовать в нематиках. Также существуют объективные сложности в реализации шкапы серости; ещё одним препятствием является чрезвычайно высокая хрупкость слоевой структуры смектических жидких кристаллов. Цель работы

Целью работы является разработка новых эффективных и удобных на практике экспериментальных методов измерения параметров жидких кристаллов на основе присущих им эффектов, чувствительных к полярности электрического напряжения. 'Вторая цель -исследование с помощью этих методов как хиральных, так и ахиральных жидких кристаллов. Третья - поиск возможностей применения данного класса эффектов, как в сфере оптической обработки информации, так и в «не дисплейных» приложениях. Научная новизна

1. Разработан новый метод измерения угла преднаклона на границе раздела нематический жидкий кристалл - твёрдая подложка. Метод основан на использовании обратного флексоэлектрического эффекта в модуляционной эллипсометрии полного внутреннего отражения.

2. Предложен метод получения однородно ориентированных образцов ЖК с большим углом преднаклона в приповерхностной области.

3. Предложен новый метод измерения физических характеристик свободно подвешенных сегнетоэлектрических плёнок. С помощью электромеханического эффекта измерены поверхностная вязкость свободно подвешенной сегнетоэлектрической пленки, её поверхностная плотность и определена температура инверсии знака спонтанной поляризации.

4. Обнаружено, что спектр механических низкочастотных колебаний свободно подвешенной жидкокристаллической сегнетоэлектрической плёнки в условиях форвакуума существенно отличается от спектра Рэлеевской мембраны такой же толщины и упругости.

5. Экспериментально показано, что спектр колебания тонкой свободно подвешенной плёнки на основе сегнетоэлектрического жидкого кристалла чувствителен к присутствию паров легколетучих соединений.

6. Представлены способы практического применения смектической мембраны в качестве чувствительного элемента различных измерительных приборов (детектора видимого и ИК излучения, датчика атмосферного давления, детектора паров).

Практическая значимость

Следует отметить, что для решения поставленных задач автором были разработаны оригинальные методы, позволяющие измерять ряд важных для приложений параметров тематических жидких кристаллов. В их числе: угол наклона директора жидкого кристалла в0 на границе с подложкой, поверхностное натяжение а.; толщина h и поверхностная вязкость 7/¡ (для свободно подвешенных сегнетоэлектрических плёнок). Экспериментально было показано, что тонкие мембраны на основе сегнетоэлектрических жидких кристаллов могут быть использованы в качестве датчиков атмосферного давления, сенсоров легколетучих органических соединений и чувствительных элементов в ячейках Голея. Личный вклад автора

В исследованиях, относящихся к первой части работы и посвященных определению угла преднаклона, автор принимал участие, главным образом, как экспериментатор и соавтор публикаций. В части, касающейся исследовании свободно подвешенных ЖК пленок, автор занимался как созданием и отладкой экспериментальной установки, так и получением данных, их обработкой и последующей интерпретацией. Результаты исследований докладывались автором на нескольких российских и международных конференциях. Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Яблонский С. В., Блинов Л. М., Михайлов А. С., Палто С. П., Дюран Г. Точный метод определениям угла преднаклона в тонких пленках нематических жидких кристаллов // Письма в ЖЭТФ, 67, 387 (1998)

2. Yablonskii S. V., Nakayama К., Hirohata M., Okazaki S., Ozaki M., Yoshino K., Palto S. P., Baranovich M.Yu., Michailov A.S. Control of the bias tilt angles in nematic liquid crystals // J.Appl. Phys., 85, 2556 (1999)

3. C.B. Яблонский, A.C. Михайлов, С.Г. Юдин, C.B. Яковлев Ориентация нематического жидкого кристалла коронированными сегнетоэлектрическими полимерными пленками // Поверхность, 10, 62 (1999)

4. C.B. Яблонский, A.C. Михайлов, К. Макано, М. Озаки, К. Йошино Линейный электромеханический эффект в жидкокристаллических сегнетоэлектрических свободно подвешенных плёнках // ЖЭТФ, 120, 109 (2001)

5. Serguei V. Yablonskii, Kazuyuki Nakano, Aleksey S. Mikhailov, Masanori Ozaki and Katsumi Yoshino Electromechanical effect in freely suspended liquid crystal films // Appl Phys Lett, 75,64 (1999)

6. S. V. Yablonskii, K. Nakano, A. S. Mikhailov, M. Ozaki, K. Yoshino Pressure sensor based on freely suspended ferroelectric liquid crystal film. II Appl. Phys. Lett., 80, 571 (2002)

7. Aleksey S. Mikhailov, Serguei V. Yablonskii, Kazuyuki Nakano, Masanori Ozaki, Katsumi Yoshino, Frequency Shifts of Mechanical Vibration Spectra Induced by Vapors of Volatile

Substances in Freely Suspended Ferroelectric Liquid Crystal Films, 6th European Conference on Liquid Crystals March, 25-30,2001 Halle (Saale), Germany

8. S.V. Yablonsku, T. Oue, H. Nakano, A.S. Mikhailov, M. Ozaki, and K. Yoshino Electromechanical effect in ferroelectric liquid crystal freely suspended films, International simposium on LC, Kunibeke Messe, Matsue (Japan), October 25,2000, pp.9-10

9. Serguei V. Yablonskii, Kazuyuki Nakano, Aleksey S. Mikhailov, Masanori Ozaki and Katsumi Yoshino Thermal photodetector using freely suspended liquid crystal film И Jpn. J. Appl

, Phys., 42, 198 (2003)

10. M. Paukshto, G. Fuller, A. Mikhailov, S. Remizov Optics of sheared liquid crystal polarizer based on aqueous dispersion of dichroic dye nano-agregaters // Special edition of the JSID on nano-science and technology in display applications, 13 (2005)

г Апробация работы.

Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1. Исследование электромеханического эффекта в свободно подвешенных жидкокристаллических плёнках. С.В. Яблонский, А.С. Михайлов, К. Йошино, «Московский семинар по жидким кристаллам», 16 мая 2000 г. ИКРАН

2. Frequency Shifts of Mechanical Vibration Spectra Induced by Vapors of Volatile Substances in Freely Suspended Ferroelectric Liquid Crystal Films. Aleksey S. Mikhailov, Serguei V. Yablonskii, Kazuyuki Nakano, Masanori Ozaki, Katsumi Yoshino, 6th European Conference on Liquid Crystals March, 25-30, 2001 Halle (Saale), Germany.

3. Линейный электромеханический эффект в жидкокристаллических сегнетоэлектрических свободно подвешенных плёнках. А.С. Михайлов, С.В. Яблонский. Конкурс работ молодежной секции ИКРАН, 2003 (1ая премия).

4. Electromechanical effect in ferroelectric liquid crystal freely suspended films, S.V. Yablonskii, T. Oue, H. Nakano, A.S. Mikhailov, M. Ozaki, and K. Yoshino International simposium on LC, Kunibeke Messe, Matsue (Japan), October 25, 2000.

Автор защищает:

1. Экспериментальное обнаружение и исследование линейного электромеханического эффекта в свободно подвешенной плёнке из ахирального смектического жидкого кристалла.

2. Особенности влияния атмосферного давления на низкочастотный акустический спектр жидкокристаллической мембраны.

3. Новые методы измерений параметров жидких кристаллов: угла преднаклона и величины его модуляции, а также двумерной плотности, поверхностной вязкости и толщины слоя - в геометрии свободно подвешенных пленок.

4. Способ управления с помощью электрического поля осью легкого ориентирования жидкого кристалла.

5. Датчик Голея (детектор ИК и видимого излучения) на основе свободно подвешенных ЖК плёнок.

Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных результатов и ' выводов, списка литературы. Общий объём работы 165 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано общее представление о наиболее важных электрооптических эффектах в нематических и смектических жидких кристаллах, формулируются цели работы и основные положения, выносимые на защиту.

Глава I. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ С ИНДУЦИРОВАННОЙ И СПОНТАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ГОБЗОР1

Первая глава является литературным обзором электрооптических эффектов связанных с взаимодействием электрического поля с индуцированной и спонтанной поляризацией в жидких кристаллах. В ней дано общее представление об обратном флексоэлектрическом эффекте и рассмотрены основные электрооптические эффекты в сегнетоэлектрических жидких кристаллах.

Флексоэлектрическим эффектом называют возникновение электрической поляризации в нематическом жидком кристалле, подверженном неоднородной деформацией поля директора жидкого кристалла. В отличие от пьезоэлектрической поляризации, появляющейся в процессе однородной деформации кристалла, термин "флексоэлектричество" обозначает электрическую поляризацию, индуцированную неоднородной деформацией и измеряемую в отсутствие внешнего электрического поля [1, 2]. Количественно это явление в нематическом жидком кристалле описывается двумя коэффициентами, связывающими ориентационную деформацию и величину индуцированной ею поляризации [3]:

Р = elzndivn + e3xrotn х п. (1.1)

Флексоэлектрические коэффициенты е/г и е;х для "splay" и "bend" деформации являются фундаментальными параметрами вещества, имеют размерность Кл-м'1, а по порядку величины равны е/ - (дипольный момент молекулы)/(молекулярная длина)2 =10' 11 Кл-м'1. Величины флексоэлектрических коэффициентов чувствительны к деталям строения молекул жидкого кристалла, в том числе к форме молекулы, величине продольного и поперечного дипольного момента и т. п. Примечательно, что для флексоэлектрической поляризации не существует никаких симметрийных ограничений. Она не запрещена в любой из 32 точечных групп и 7 предельных, например, в изотропной фазе жидкого кристалла или даже в газовой фазе [3]. Действительно, в изотропной фазе анизотропной жидкости, существует ненулевой флексоэлектрический момент сил, связанный с взаимодействием квадрупольного электрического момента с градиентом электрического поля, а индуцированный параметр порядка просто прямо пропорционален этому градиенту [4]:

(1.2)

То есть, градиент электрического поля индуцирует двулучепреломление в изотропной фазе жидкого кристалла (подобно тому, как это имеет место в гидродинамическом потоке [4]), причём главные оси эллипсоида преломления наклонены под углом -45° или 45° к оси г в зависимости от знака градиента. Можно показать, что в главных осях х', у, z'тензора параметра порядка разность диэлектрических проницаемостей (на оптических частотах) для поляризации вдоль осей х'нг'равна:

Se=2/iAe(si,-s33)=4/3Aesxz (1.3) где Ле - анизотропия диэлектрической проницаемости для случая, когда все молекулы строго параллельны одна другой. Смена направления электрического поля ведёт к повороту оптической индикатрисы на 90°. Таким образом, в отличие от эффекта Керра, градиентный флексоэлектрический эффект чувствителен к направлению электрического поля или к полярности приложенного к жидкому кристаллу электрического напряжения.

В абсолютном большинстве описанных в литературе экспериментов исследовался обратный флексоэлектрический эффект, т.е. появление ориентационной деформации поля директора п(г) под действием внешнего электрического поля Е(г) [5 - 9]. Для обратного

эффекта объёмный флексоэлектрический момент может быть записан в форме Г^ =пхЬ[, где Ьг обозначает объёмную компоненту молекулярного поля [10]:

Ь, = [ЕЛ'уп - #га4(Еп)]+е3,[Ех гот - гог(Ехп)], (1.4) Это выражение может быть преобразовано в эквивалентную форму, если пренебречь параллельным директору жидкого кристалла членом здкИуЕ [11]:

Ь/ = (еи - е,ж )[ЕЛуп - (вгаЛаЩ] + (е1х + еи )пСга</Е, (1.5) Уравнение (1.5) показывает, что объёмное флексоэлектрическое молекулярное поле может существовать либо когда имеется ненулевой градиент тематического директора и, либо -градиент электрического поля Е или оба градиента вместе. Для уравнения (1.5) также справедливо, что в случае, когда поле директора ограничено плоскостью, первый член в нем тождественно равен нулю. Тогда, в однородном электрическом поле, единственным источником флексоэлектрической деформации является поверхностный момент на границе раздела жидкий кристалл - поверхность подложки, Г'/=ах%/, где gf представляет собой поверхностное молекулярное поле:

=-е1г(Еп)н+е3Лнч(пхЕ)] (1.6)

V здесь обозначает нормаль к поверхности подложки. Именно такой случай изучается в оригинальной части диссертационной работы. В эксперименте поверхностный момент сил индуцирует затухающую ориентационную волну вследствие линейного флексоэлектрического взаимодействия тематического жидкого кристалла с внешним синусоидальным электрическим полем, а изменение поля директора регистрируется с помощью модуляционной эллипсометрии в условиях полного внутреннего отражения.

Публикации, посвящённые исследованию обратного флексоэлектрического эффекта можно разделить на три группы:

1. Работы, посвящённые определению абсолютных значений флексоэлектрических

коэффициентов и их знаков для различных веществ и условий.

2. Исследования флексоэлектрической доменной неустойчивости.

3. Динамические свойства флексоэлектрического эффекта.

Анализ опубликованных экспериментальных данных показывает, что эксперименты по исследованию флексоэлектрического эффекта на фоне большого количества работ в первой и второй группах заметен недостаток исследований в третьей - т.е. динамических свойств флексоэлектрического эффекта. Ещё меньше насчитывается работ, в которых предлагалось бы какое-либо практическое применение флексоэлектрического эффекта. Частично восполнить эти пробелы - является одной из главных целей диссертации.

Далее кратко охарактеризованы три основных характерных для смектической С* фазы электрооптических эффекта, сопровождающие взаимодействие электрического поля с индуцированной и спонтанной поляризацией:

1. Линейный электрооптический эффект в поверхностно стабилизированной структуре смектика - эффект Кпарка-Лагерволла.

2. Электроклинный эффект вблизи перехода из параэлектрической в сегнетоэлектрическую фазу (А* —» С*), обусловленный модуляцией утла наклона молекул в смектических слоях в переменном электрическом поле.

3. Эффект управляемого внешним электрическим полем двулучепреломления в геликоидальной структуре сегнетоэлектрической С* фазы.

Далее в главе приводятся данные о свободно подвешенных жидкокристаллических плёнках - одной из основных тем диссертационной работы. Рассмотренные публикации свидетельствуют о том, что эти уникальные по своей чувствительности системы до

настоящего времени представляли лишь чисто академический интерес, во многом из-за их низкой механической прочности. Отметим, что низкая прочность плёнок не является принципиальным препятствием для их практического применения. Так, например, хорошо известна профессиональная проекционная система "Эйдофор", работающая на принципе управления отражением света от поверхности масляных пленок с помощью электрического поля [12].

Также практически без внимания был оставлен тот факт, что спектр механических колебаний ЖК-мембраны определяется не только физическими свойствами и геометрией собственно плёнки, но и давлением окружающего её воздуха. Это делает возможным применение подобных систем в качестве датчиков атмосферного давления, присутствия паров лепсолетучих соединений и для регистрации мощности видимого и ИК излучения, о чём будет сказано в оригинальной части диссертации.

Во второй главе описаны оригинальные экспериментальные методы, применяемые в диссертации для исследования различных типов жидких кристаллов и приведен вывод расчётных формул для вычисления их параметров.

В первой части главы подробно рассмотрена установка для исследования приповерхностных слоёв нематических жидких кристаллов, основанная на модуляционной эллипсометрии в условиях полного внутреннего отражения. Схема установки показана на Рис. 2.1.

Рис. 2.1 Установка для исследования границы раздела жидкий кристалл - подложка с помощью модуляционной эллипсометрии: 1 - Не-Ые лазер; 2, 7- пластинки /1/4; 3, 8- поляроиды; 4 - термоизоляционная камера с нагревателем; 5 - призма из материала с высоким показателем преломления. N = 1.803, 6 - фильтр, отсекающий ультрафиолетовую область спектра; 9 - кремниевый фотодиод ФД - 7К; 10 - компьютер, 11 - термопара

Глава П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Далее описана теория метода модуляционной эллипсометрии в условиях полного внутреннего отражения. Модуляция показателей преломления в приповерхностной области гомеопланарной ячейки приводит к изменению эллиптичности отраженного светового луча и

изменению соответствующего фазового сдвига А а между необыкновенной (р) и обыкновенной (s) волнами:

Ает = (тр-(т,, (2.1)

где ___

nJn2 sin2 ф-nL Jn1 sin2 q>- ni

o = larctg —ï-, a, = 2arctg ---,

nenoCQS<p ntCOS<p

n0, ne и N - показатели преломления ЖК и призмы соответственно, q»<p¡ - угол падения (Рис.2.3.1), <pi -угол полного внутреннего отражения. Для однородной ориентации директора л( cosí? sind, 0) эффективный показатель преломления определяется как: nt¡¡ - Jnl cos1 в + л2 sin2é?, 6 = в0 + 3в, где синусоидальное отклонение 0в=8впsine» от

статического угла преднаклона в0 создается с помощью флексоэлектрического воздействия. Фурье-анализ экспериментально измеряемой временной зависимости фазового сдвига А<#) позволяет вычислить угол преднаклона 0О и амплитуду колебаний директора 5в„, :

2â(t) = Aa(t) = AAn,ïï,(2. 2)

где â(t) - переменная часть азимутального угла - угла поворота плоскости поляризации света после прохождения пластинки А/4, Рис 2.1, д д(ар-а,)

дп41

л2-л2 л2-л2

гдеДл„ =—--в 1 или Ап,„ = —-—О 2 в соответствии с

2п 2п.

близостью в0 к оси X (в=в„+6вт$таХгО) или к оси У (0=л/2-в0-8вт$тьх=0). Таким образом, предполагая малость угла в0 мал, имеем:

2 _ 2

2 <5(/) = сг(/) = АП' П°

+ в08вт sinû* -ÄLCos2 J, (2.3)

Для амплитуд соответствующих фурье-компонент электрооптического отклика, измеряемого на основной и удвоенной частотах модулирующего поля, имеем:

(2.5)

4л. V 2а)

где А и обозначает изменение напряжение на выходе фотодетектора при вращении анализатора на заданный угол а. Таким образом, из (2.4) и (2.5) следует:

= 1-В—х . Щ(0) ■ (2.6) л п] -л2 ^и(2й))А[/

II "»

Последнее уравнение является базовым для измерений угла преднаклона и оценки точности метода.

Ключевым моментом в данном экспериментальном подходе являлось возбуждение синусоидальных колебаний директора вследствие линейного флексоэлектрического взаимодействия нематического жидкого кристалла с внешним электрическим полем. Устранение квадратичного по электрическому полю диэлектрического вклада в момент сил, действующих на директор жидкого кристалла, достигалось использованием нематической смеси с практически нулевой диэлектрической анизотропией.

Далее рассмотрена установка для исследования упругих колебаний жидкокристаллических свободно подвешенных пленок в условиях форвакуума, схема которой показана на Рис. 2.2.

Уравнение движения плёнки в предположении однородных и изотропных двумерной плотности плёнки д и поверхностного натяжения <т, с учётом диссипации энергии, записывается в виде:

где г]; = т}ьк обозначает поверхностную вязкость плёнки, г\ь - объёмную вязкость жидкого кристалла, Л = N1 - толщину плёнки, N - число смектических слоёв, I - толщину смектического слоя, /н - плотность внешних поверхностных сил, р = - поверхностную спонтанную поляризацию, Р, - спонтанную поляризацию жидких кристаллов, V = со/2л -частоту переменного электрического поля Е, а - расстояние между электродами

Рис. 2 2. Схема установки для исследования механических колебаний свободно подвешенных пленок' 1- плёнка из смектического жидкого кристалла; 2- электроды (металлические лезвия); 3- штуцер для откачки воздуха форвакуумным насосом; 4- Не-Ые лазер, 5- манометр; 6- стеклянные окна; 7- щелевая диафрагма; 8-кремниевый фотодиод; 9- фурье-спектрометр или синхронный детектор; 10- низкочастотный генератор с усилителем напряжения; 11- вакуумная камера.

Точным решением уравнения (2.7) является следующее выражение:

г(х,1) = -

Д

Iащ,а 2 - р,<у2

1-

со$Цд»х)

соэНд^а / 2)

где волновой вектор q0 затухающей упругой волны равен:

(2.8)

9»

¡щ,а 2 - р,ш2 1а

(2.9)

Уравнение (2.8) используется для оценки поверхностной вязкости, поверхностного натяжения и средней двумерной плотности свободно подвешенных плёнок исследуемых жидких кристаллов.

Глава Ш. ИЗМЕРЕНИЕ УГЛА ПРЕДНАКЛОНА С ПОМОЩЬЮ МОДУЛЯЦИОННОЙ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ В УСЛОВИЯХ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ

Все измерения углов преднаклона были выполнены для компенсированной смеси (Ае ** 0.02) п-н-бутил-п'-метоксиазоксибензола (65%), п-н-бутил-п-

гептанолоксиазоксибензола (32.5%) и п-гептил-п-цианофенилбензоата (1.50%) с температурой прояснения 75°С. Химическая структура этих соединений показана на Рис.3.1.

Угол преднаклона создавался методом однонаправленного натирания. Планарно ориентированная жидкокристаллическая ячейка состояла из призмы и стеклянной пластинки с антипараллельным направлением натирания. В этом случае натирались электроды из SnC>2 без нанесения какого-либо покрытия, Рис. 2.1. В гомеопланарной ячейке обе подложки покрывались тонкими слоями сополимера винилиден фторида с трифторэтиленом с молярным соотношением винилиден фторида и трифторэтилена 70:30 (ВДФ/ТрФЭ (70/30)), с последующим однонаправленным натиранием только поверхности призмы.

I c.fvO^-N-'O-oc".

о

II C.HoO>i,"N^S>"OCOC»H'1

О

1,1 C,H„-^-C00-O-CN

Рис. 3.1 Химические структурные формулы компонент, составляющих жидкокристаллическую смесь: (I) п-н-бутил-п'-метоксиазоксибензол, (П) п-н-бутил-п'-гептанолоксиазоксибензола, (III) п-гептил-п'-цианофеннлбензоат.

Рис. 3.2 Амплитуда первой гармоники - (а) и корень квадратный из амплитуды второй гармоники электрооптического отклика - (б) в зависимости от приложенного к слою НЖК переменного напряжения.

Для правильного выбора величины модулирующего поля амплитуды первой и второй гармоник электрооптического отклика измерялись в зависимости от приложенного переменного напряжения. Результаты измерения представлены на Рис. 3.2 (а, б). Линейность зависимостей II„(V) и (V) находилась в согласии с уравнениями (2.4) и (2.5) в интервале напряжений от 3 до 10 В. Отклонение от теоретически ожидаемого поведения электроптического отклика было заметно при напряжениях выше 10 В, когда в ЖК возникала электрогидродинамическая неустойчивость.

Фурье-спектры электрооптического отклика с численными значениями амплитуд первой и второй гармоник - £/(498Гц)=5.610^ В, £/(996Гц)= 1.2710'5 В и а(742Гц)=8.0410"4 В, £/(1484Гц)= 1.25-10'5 В показаны на Рис. 3.3 (а, б). Фурье-гармоники измерялись для

различных частот модулирующего напряжения лишь для того, чтобы показать, что результат измерений не зависит от частоты в полосе, равной в нашем случае 1500Гц. Из уравнений (2.4), (2.5) и (2.6) были получены следующие значения углов преднаклона и амплитуд осцилляций: ва =5.1° ±0.2°, 8в = 0.5° ± 0.05° и в0 =89° ±0.2°, Зв = 0.06° ± 0.01° для планарной и гомеопланарной ориентации соответственно. Оценки этих же углов методом полного внутреннего отражения (ПВО) дают значения в0 = 6° и ва= 89.5°. Грубые измерения методом ПВО были также необходимы для правильного выбора одного из приближений в уравнении (2.2), необходимого для определения производной А (см. уравнения 2.2 и 2.3). Используемое приближение было достаточно точно для углов 0о < 10° и 80° <во< 90°. Как легко видеть из уравнения (2.6), в пределе малых и больших углов, точность метода составляет 5% и определяется точностью измерений амплитуды второй гармоники.

400 600 000 700 ООО 800 1000 1100 1200

Частота, Гц

О оо

800 1000 1200 1400

Частота, Гц

Рис 3 3 Фурье спектры электрооптического отклика для а) наклонной пространственно однородной ориентации: У=8В,/=498Гц, 1/(а>)=5.бхЮ"1 В, Щ2ю)= 1.2710'5 В и б) гибридной ориентации {/=8В, Г=742Гц, и(т)=ЪЛО* В, и(2со)=[.25 \0~* В.

Полученные амплитуды осцилляций углов преднаклона также находятся в хорошем согласии с теоретической моделью (уравнение 2.6). Важно также оценить ошибки, источником которых является диэлектрическое взаимодействие. Оценку можно получить из приближённых уравнений баланса объёмного и поверхностного моментов сил:

умс1е

е„ «-

10£К

(3.1)

После подстановки соответствующих значений: у=1 П, (и=2п-1 ООО Гц, £=20 СГСЕ, <¿=10 см, Л'НО^дин, е=3-10"4дин1/2 получаем:

|ео|«10. (3.2)

Для используемых частот возбуждения глубина проникновения упругой волны была приблизительно в 10 раз меньше, чем глубина проникновения света, что способствовало увеличению электрооптического отклика, связанного с объемными колебаниями директора. Исходя из этого, неравенство (3.8) можно преобразовать следующим образом.

К1«1. (3.3)

Условие (3.3) находится в полном согласии со значением диэлектрической анизотропии для используемой компенсированной смеси. Согласно неравенству (3.1), соответствующим выбором толщины ячейки можно существенно ослабить ограничения, накладываемые неравенством (3.3), и измерять угол преднаклона для НЖК с произвольным значением диэлектрической анизотропии.

Следует отметить высокую чувствительность метода к малым углам преднаклона для однородной и гомеотропной ориентации директора НЖК, так как фурье-гармоники электрооптического отклика на фундаментальной частоте, в соответствии с уравнением (2.3), равны нулю при во = 0° к 0О= 90°, т.е. мы имеем нулевой метод.

Далее описано применение метода модуляционной эллипсометрии для различных типов ориентантов нематических жидких кристаллов. В плоских дисплеях на основе нематических жидких кристаллов в качестве ориентирующих покрытий для создания определенного объёмного распределения директора жидкого кристалла или угла преднаклона на границе раздела часто используются тонкие полимерные покрытия. Стандартной процедурой для этого является механическая обработка поверхности полимерной пленки однонаправленным натиранием с целью формирования ориентирующего микрорельефа [13]. Такой метод широко применяется на практике, но с его помощью не удается получить большие значения полярных (зенитальных) углов на границе раздела нематических жидких кристаллов, необходимых для работы жидкокристаллических дисплеев на основе, например, В-эффекта.

Рис. 3.4 Установка для поляризации сегнетоэлеюрических пленок с помощью электрического поля ионного контакта: 1- вольфрамовая игла; 2- источник высокого напряжения; 3- платиновое сопротивление; 4- призма (ТФ-10, №=1.803); 5- полупрозрачный электрод из 1ТО; 6- сегнетоэлектрическая пленка сополимера ВДФЛрФЭ (70/30), </=0.07мкм, 7 ионный слой; 8- диафрагма из диэлектрического материала (узкая щель в плотном листе бумаги); 9- нагревательный столик.

Существуют альтернативные методы формирования ориентирующих покрытий без использования механической обработки, к которым относятся косое напыление неорганических материалов [14], метод Ленгмюра-Блоджетт [15] и методы, использующие активные поверхности, основанные либо на фотоориентирующих стратегиях [16], либо на использовании сегнетоэлектрических покрытий, изменяющих свои свойства под действием электрического поля [17].

В наших экспериментах в качестве активного ориентирующего покрытия применялись пленки из сегнетоэлектрического сополимера ВДФ/ТрФЭ (70/30). Для ориентации нематических жидких кристаллов использовали комбинированный метод однонаправленного натирания активной поверхности с последующей поляризацией сегнетоэлектрической пленки электрическим полем ионного контакта. Для измерения полярного угла ва использовался метод модуляционной эллипсометрии в условиях полного внутреннего отражения.

12 кВ

Рис. 3.5 Фотография НЖК, ориентированного коронированной в поле ионного контакта сегнетоэлектрической пленкой. Поляроиды скрещены. Светлая область - гибридная ориентация. Темная область - гомеотропная ориентация.

Ориентирующие пленки получали как методом полива 1.8%-го раствора сополимера ВДФЛГрФЭ (70/30) в ацетоне на поверхность призмы, так и последовательным нанесением слоёв полимера с поверхности воды по методу Лэнгмюра-Блоджетг. Пленки, приготовленные из этого полимера, не растворялись в жидком кристалле и, обладая гидрофобными свойствами, что типично для фторсодержащих полимеров, ориентировали нематический жидкий кристалл гомеотропно. Для снятия вырождения по азимутальному углу пленка механически натиралась в одном направлении, а затем полимерный слой нагретый до 100°С, поляризовали через круглую диафрагму 8 с помощью ионного контакта 7, как показано на Рис. 3.4, демонстрирующем установку для поляризации сегнетоэлектрической пленки в коронном разряде.

К вольфрамовой игле 1 прикладывали как положительное, так и отрицательное напряжение с амплитудой 12кВ и, не снимая напряжение, образец охлаждали в течение 30 минут до комнатной температуры. В отдельном эксперименте, для подтверждения спонтанной поляризации пленки, измеряли её пироэлектрический коэффициент. Основным результатом совместного воздействия на слой полимера механического натирания и поляризации в поле ионного контакта (в условиях определённого температурного режима) был эффект "командной поверхности". Эффект проявлялся в небольшом согласованном отклонении директора жидкого кристалла от гомеотропной ориентации на границе с ориентирующей плёнкой, поляризованной в поле ионного контакта при положительном потенциале на острие иглы (при этом, что важно, азимутальный угол был задан направлением натирки), и в отсутствии какого-либо наклона - в случае отрицательного потенциала, рис. 3.5. Причина такого поведения была связана с сегнетоэлектрическим эффектом, управляющим свойствами поверхности полимера в зависимости от полярности и амплитуды приложенного электрического напряжения.

В отдельном эксперименте исследовалось влияние постоянного электрического напряжения на угол преднаклона. Было показано, что в случае слабой энергии связи тематического жидкого кристалла с подложкой небольшое по величине постоянное напряжение смещения, приложенное к слою жидкого кристалла (-1.5В<11о<+1.5В), приводило к значительному изменению угла преднаклона (-У<Лва<+1°). Изменение угла преднаклона, полученное с помощью метода модуляционной эллипсометрии, было чувствительно также к знаку электрического напряжения. В этом же эксперименте было найдено неожиданно большое время релаксации директора жидкого кристалла (сотни секунд), вероятней всего связанное с большими временами формирования двойного слоя [18].

Глава ГУ. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В СВОБОДНО ПОДВЕШЕННЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЁНКАХ

Четвёртая глава целиком посвящена исследованию ахиральных и хиральных жидких кристаллов в геометрии свободно подвешенных плёнок. Одной из важных особенностей пленок на основе смектических жидких кристаллов является возможность их сдвиговой деформации, то есть неоднородного смещения в направлении нормали к пленке. С точки зрения механики свободно подвешенная пленка представляют собой пример высокочувствительной системы, спектр колебаний которой несет информацию об её вязкоупругих свойствах и геометрических характеристиках [19].

В данном разделе диссертации представлены результаты исследования механических колебаний свободно подвешенных ЖК-пленок, индуцированных переменным электрическим полем вследствие так называемого электромеханического эффекта [20]. Линейные по электрическому полю изгибные колебания свободно подвешенных пленок на основе как ахиральных, так и сегнетоэлектрических хиральных жидких кристаллов регистрировались с помощью анализа отраженного от поверхности плёнки лазерного излучения. В рамках предложенной модели из акустического спектра пленки были получены данные об её двумерной плотности. Нетривиальным моментом был учёт диссипативного вклада в движение пленки, что позволило оценить её поверхностную вязкость.

В отличие от жидких кристаллов, помещённых в стандартную ячейку, представляющую собой плоский стеклянный капилляр, геометрическая форма поверхности свободно подвешенных плёнок легко меняется под воздействием слабых акустических или электрических полей [21]. Свободно подвешенные плёнки представляют собой эластичные мембраны, механическое движение которых может быть описано теорией Рэлея, основанной на предположении изотропной двумерной плотности и упругости [19], т.е. теории, которая абстрагируется от внутренней структуры мембраны. Такой подход оказался полезен для измерения поверхностного натяжения как жидкостных смектических фаз (смектики А и С), так и кристаллических (смектик В) [22]. Однако в литературе также имеются и сообщения о необходимости учёта объёмных характеристик свободно подвешенных жидкокристаллических плёнок, таких как объёмная упругость [23], тип мезофазы [24], наличие мениска [25] или изменение толщины плёнки в процессе её колебательного движения [26]. То есть, к настоящему времени накопилось достаточное количество фактов, свидетельствующих в пользу более сложной, чем в допущении Рэлея, организации жидкокристаллических свободно подвешенных плёнок. Для выяснения применимости Рэлеевского подхода мы исследовали механические колебания свободно подвешенных пленок на основе сегнетоэлектрических жидких кристаллов в зависимости от различных внешних факторов, таких как частота и амплитуда электрического поля, атмосферное давление и температура. Так как все сегнетоэлектрики являются одновременно и пьезоэлектриками, то для возбуждения механических колебаний в свободно подвешенных плёнках было естественно использовать обратный пьезоэлектрический эффект или, по терминологии Якли, впервые наблюдавшего этот эффект в стандартной, "сэндвичевой", геометрии - линейный электромеханический эффект [27, 28].

На Рис. 4.1 показана эволюция спектра механических колебаний прямоугольной плёнки (С8-1029, N = 57 слоёв, 2x10 мм2) при уменьшении атмосферного давления воздуха от 100 кПа до 60 Па. При атмосферном давлении спектр состоял из четырёх довольно узких спектральных полос с добротностью = 8, Он = 17,, <2ш = 17,3 , 0,п = 18 и максимумами при 860 Гц, 1690 Гц, 2420 Гц и 3240 Гц. С хорошей точностью можно считать, что в спектре присутствуют две симметричные моды Уц, V». и две асимметричные - к22, Им. связанные следующим соотношением:

Vn= V22I2 ~ v3Ji ~ V4JA, (4.1)

> E

1.6

i 12 ~ 0.8

CS -1029 £1690 2420 p=100 kPa

1000

2000

3000

4000

04 0.0

4000

5000

6000

7000

5000

6000

CS-1029 р=60 Ра i £.5590 Аб750

а, • 9.4 а 8180

о,,» 18.6 4970 /

О» = 33.7 Jgf

8000 9000 v, Hz

Рис. 4.1 Спектры механических колебаний пленки (CS - 1029, N = 57, 2x10 мм2, амплитуда синусоидального напряжения А =80 В), полученные при давлении 100кПа и 60 Па. Здесь, спектр, полученный при 60 Па, измерялся в тех же условиях, что и соответствующий спектр Рис. 6.1.3, но лишь с единственной разницей, заключающейся в том, что зондировался другой участок пленки Цифры рядом с пиками соответствуют максимумам резонансов. Там же указаны их добротности. Ширину резонансной полосы измеряли на уровне 0.7. Для вычисления Q - фактора перекрывающихся 1-го и 11-го пиков в спектре, полученном в форвакууме, была проведена математическая операция их разделения.

Появление одновременно чётных и нечётных мод в спектре плёнки свидетельствовало в пользу более сложного, чем однородное, распределения внешних сил, действующих на поверхность плёнки [19]. По мере разряжения атмосферы спектр сдвигался в сторону высоких частот и при минимальном давлении 60 Па трансформировался в спектр со следующими собственными частотами: 860 Гц—» 4970 (Q¡ = 9.4) Гц, 1690 Гц —> 5590 Гц (, Q¡¡ - 18.6), 2420 Гц-»6750 Гц (, Qm = 33.7 ) и 3240 Гц -> 8180 Гц {Q,v = 35). Важным результатом является нарушение соотношения (4.1) для характеристических колебаний плёнки в условиях форвакуума, радикально отличающееся от спектра Рэлеевской мембраны. Такое поведение может быть связано с неоднородностью жидкокристаллической свободно подвешенной плёнки.

Графики рисунка 4.2 демонстрируют влияние паров легколетучих органических растворителей на собственные частоты свободно подвешенной плёнки. В зависимости от вида растворителя, спектральные полосы обратимым образом сдвигались как в сторону меньших (керосин), так и больших (толуол) частот.

2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600

V, Нг

7 6 5

>

5 4

л

э з 2 1 0

Рис. 4.2 Эволюция спектра механических колебаний пленки Время между двумя последовательными измерениями спектров составляло 10 мин 1 - спектр на воздухе, 2 - в присутствии паров керосина (вверху) и толуола (внизу) (вблизи пленки помешали чашку Петри с растворителем),, 3 (4) - после удаления чашки Петри.

Нами было показано, что форма плёнки не должна меняться при взаимодействии электрического поля с произвольно направленной поверхностной поляризацией. В реальном же эксперименте поверхность плёнки деформируется вследствие взаимодействия электрического поля с объёмной спонтанной поляризацией смектического С* жидкого кристалла, индуцирующей обратный поток. При этом деформация кристалла зависит от полярности электрического поля и знака спонтанной поляризации. Приведённое сочетание свойств делает метод исследования вибрации плёнок с помощью электромеханического эффекта полезным при исследовании инверсии знака спонтанной поляризации в сегнетоэлектрическом хирапьном жидком кристалле. Процедура нахождения температуры инверсии знака спонтанной поляризации была продемонстрирована на сегнетоэлектрическом жидком кристалле 8РРу06 [29]. Для исследуемого жидкого кристалла смена знака сигнала электроотражения в окрестности температуры Т = 37.7°С, Рис. 4.3 (а), сопровождалась скачком фазы близким к 180°, как показано на Рис. 4.3 (б). Температурный ход кривых имел гистерезисный характер, а точки инверсии при нагреве и охлаждении, хотя и отличались по величине на Т^-Т^Х.ТС, но были близки к температуре инверсии, полученной в независимом эксперименте [30].

2400

2800

3200 3600

V, Н2

Т.'С

-50

-100- Т^.ЗвЭ'С •

55 Т.°С

Рис. 4.3 Зависимость (а) - и,(у) и (6) - Фазового угла «от температуры для 8РРуОб. Измерения проводились на частоте у„ =2500 Гц, амплитуда приложенного к пленке синусоидального напряжения - А - 44 В, размеры пленки - 3x8 мм2. Направления стрелок соответствуют нагреву и охлаждению пленки.

Таким образом, результаты температурных измерений электромеханического эффекта в сегнетоэлектрическом жидком кристалле 8РРу0б однозначно свидетельствуют в пользу существования у этого жидкого кристалла температуры инверсии знака спонтанной поляризации.

Помимо измерения давления в главе IV рассматривается ещё один вариант практического применения свободно подвешенных плёнок - в качестве неселективного детектора видимого и ИК-излучения. Принцип работы широко известного прибора подобного рода, так называемой ячейки Голея, основан на использовании теплового расширения воздуха, находящегося в контакте с зачернённой поверхностью, поглощающей исследуемое излучение. Для регистрации механических колебаний, вызванных периодическим нагревом воздуха в ячейке Голея, используется оптический микрофон [31, 32]. Основными недостатками такого пневматического детектора является его низкое быстродействие (т0~8мс), определяемое инертностью гибкой коллодиевой мембраны и тепловой инерцией воздуха в условиях нормального атмосферного давления и малые амплитуды колебаний мембраны, для регистрации которых требуется прецизионная оптическая система.

В диссертации предлагается ячейка Голея, в которой в качестве чуствительной мембраны оптического микрофона используются свободно подвешенная жидкокристаллическая плёнка (см. рис. 4.4). Замена коллодиевой плёнки, для которой характерна высокая величина поверхностного натяжения порядка 120 дин/см, тонкой жидкокристаллической свободно подвешенной плёнкой с меньшим поверхностным натяжением, 35 дин/см, позволяет на два порядка уменьшить время отклика без существенной потери вольт-ватной чувствительности детектора. Также, обладая значительно большей амплитудой колебаний, ЖК-пленка способна существенно упростить оптическую схему прибора. В качестве примера на рисунке 4.5 показана частотная зависимость сигнала с ячейки Голея, использующей жидкокристаллическую плёнку. Из рисунка видно, что величина сигнала на резонансной частоте 1924 Гц равна низкочастотному сигналу на частоте 80 Гц.

Рис. 4.4 Устройство ячейки Голея' 1 - свободно подвешенная жидкокристаллическая пленка; 2 - 2 мм стекло с круглым отверстием (0 = 5мм); 3 - нагреваемая камера, 4 - тонкий слой черной туши (порядка 5 мкм) на поверхности тонкого стекла; 5 - Не-Ые лазер; б- фотодиод и диафрагма (0=1 мм); 7 - канал (0=0 1 мм) для выравнивания давления; 8-оптический кварцевый волновод; 9- модулированный поток излучения (Л = 0 82мкм).

WTi9

1000

г

2

<

1

10

100

1000

10000

Частота, Гц

Fig. 4.5 Зависимость амплитуды колебаний жидкокристаллической пленки от частоты модуляции излучения (Я=0.82 мкм). Пленка была сформирована на круглом отверстии - 0 = 5мм, Г = 23 °С, N = 230 10 мВ соответствует смещению центральной части пленки на 0.8 мкм.

Основные результаты и выводы.

1. Разработан новый метод измерения угла преднаклона директора нематического жидкого кристалла на границе с ограничивающими поверхностями. Метод основан на оптическом зондировании тонкого приповерхностного слоя в условиях полного внутреннего отражения. Особенностью метода является возможность исследования ориентации директора в тонких приповерхностных слоях нематических жидких кристаллах с толщиной меньшей, чем глубина проникновения затухающей световой волны. Метод позволяет измерять углы преднаклона в жидкокристаллических слоях с неоднородной ориентацией директора.

2. Для нематического жидкого кристалла обнаружен эффект наведения электрическим полем оси легкого ориентирования ЖК. Эффект проявляется в согласованном наклоне директора нематического жидкого кристалла на небольшой, отсчитываемый от вертикали угол в0 на границе с ориентирующей полимерной сегнетоэлектрической плёнкой, поляризованной в положительном коронного разряде, и в отсутствии какого-либо наклона - в случае отрицательного разряда. Причиной такого поведения, которое принято называть эффектом "командной поверхности", является зависимость свойств юьерхности сегнетоэлектрической ориентирующей плёнки от полярности и амплитуды приложенного электрического напряжения.

3. Показано, что электромеханический эффект в свободно подвешенных плёнках на основе сегнетоэлектрических жидких кристаллов может быть использован для измерения как параметров самой пленки, таких как её толщина, поверхностное натяжение, двумерная плотность и поверхностная вязкость, так и плотности окружающей атмосферы.

4. Экспериментально показано, что спектр механических низкочастотных колебаний свободно подвешенной жидкокристаллической сегнетоэлектрической плёнки в условиях форвакуума существенно отличается от спектра Рэлеевской мембраны такой же толщины и упругости. Причина отклонения спектрального поведения плёнки от классического может быть объяснена её неоднородностью, то есть влиянием на механические свойства плёнки её мениска, также принимающего участие в колебательном процессе.

5. Продемонстрирована принципиальная возможность использования свободно подвешенной плёнки из сегнетоэлектрического жидких кристаллов в качестве детектора атмосферного давления, сенсора паров легколетучих органических соединений и в качестве чувствительного элемента газового термометра для измерения мощности видимого и инфракрасного излучения (ячейка Голея).

6. Обнаружен и экспериментально исследован линейный электромеханический эффект в свободно подвешенной плёнке из ахирального смектического жидкого кристалла 8СВ. Линейная по электрическому полю деформация регистрировалась по изменению направления светового луча отраженного от периферии плёнки, где вследствие взаимодействия с ограничивающей поверхностью происходит понижение симметрии жидкого кристалла.

7. Показано, что деформация жидкокристаллической свободно подвешенной плёнки на основе сегнетоэлектрического ЖК зависит от полярности электрического поля и знака спонтанной поляризации. Такое сочетание свойств позволило с помощью электромеханического эффекта определить температуру инверсии знака спонтанной поляризации сегнетоэлектрического жидкого кристалла 8РРу06.

Цитируемая литература

1. Tagantzev А.К. Electric polarization in crystals and its response to thermal and elastic perturbations // Phase transition, 35,119 (1991)

2. V. V. Gladkii Macroscopic quadrupole moment of dielectric solids with structural phase transitions II Phase transitions, 6,273 (1986)

3. J.P. Marcerou and J. Prost Flexoelectricity in isotropic phases II Phys. Lett., 66A, 218 (1978)

4. С.Чандрасекар, Жидкие кристаллы, стр. 82, Изд.-во Мир, (1980)

5. A. Petrov Physical properties of liquid crystals // EMIS Datareviews Series (Managing Editor, John Sears), published by the Institution of Electrical Engineers (1998)

6. S.R. Warner and N.V. Madhusudana An AC electrooptical technique for measuring the flexoelectric coefficient (ej+ej) and anchoring energies of nematics II J.Phys. (France), 7, 1789(1997)

7. B. Valenti, C. Bertoni, G. Barbero, P. Taverna-Valabrega and R. Bartolino Flexoelectricity in the hybrid aligned nematic cell II MCLC, 146,307 (1987)

8. L. M. Blinov, G. Durand, S.V. Yablonsky Curvature oscillations and linear electro-optical effect in a surface layer of a nematic liquid crystal // J.Phys.lI, 2,1287 (1992)

9. P. R. Maheswara Murthy, V.A. Raghunathan and N.V. Madhusudana Experimental determination of the flexoelectric coefficients of some nematic liquid crystals // Liquid Crystals, 14,483, (1993)

10. Chungpeng Fan Comments on piezoelectric effect in liquid crystals // MCLC, 13, 9 (1971)

11. A. Derzhanski, A.G. Petrov Gradient flexoelectric effect and longitudional domains in nematics II Adv.Liq.Res.Appls., Pergamon, Oxford-Kiado, Budapest, 1, p.5I5 (1980)

12. В. H. Парыгин, В. И. Балакший Оптическая обработка информации // Издательство Московского универсиета, 63 (1987)

13. Dae Shik Seo and Shusuke Kobayashi Study of the pretilt angle on rubbed polyimide films containing trifluoromethyl moiety and analysis of the surface atomic concentration of F/C% with an electron spectroscope for chemical analysis // Appl.Phys.Lett., 61, 2392 (1992)

14. Y. Levy, D. Riviere, C. Imbert Determination des angles d'obliquité d'un cristal liquide en phase nematique au voisinage d'une syrface II Optics communications, 26, 22S (1978)

15. Chen ]., Vithana H., Johnson D. et al. Investigation on Langmuir-Blodgett films H MCLC, 275,49(1996)

16. M. Shadt, H. Seiberle and A. Schuster Optical patterning of multidomain liquid-crystal displays with wide viewing angles II Nature, 381, 212 (1996)

17. Marcerou J.P., Destrade C., Dupont L. //Actively surface stabilized ferroelectric liquid crystal cells. Another way to realize a display with memory, SPIE, 1080,195 (1989)

18. S.V.Yablonski, V.Rajteri, C.Oldano, and G.Durand, Dynamics of flexoelectric surface oscillations in a nematic liquid crystal II SPIE, 2731, 87 ( 1995)

19. P.M. Morse Vibration and sound // McGraw Hill, New York, 142 (1936)

20. A. Jakli, L. Bata, A. Buka, and N. Eber Electromechanical effect in Sc* liquid crystals // Ferroelectrics, 69,153 (1986)

21. Sadahito Uto, Eisuke Tazoh, Masanori Ozaki, and Katsumi Yoshino Mechanical vibration of freely suspended ferroelectric liquid-crystal film excited by sound and electric field // J.Appl.Phys., 82, 2791 (1997)

22. K. Miyano Surface tension measured -by vibrating membranes: An application to smectic-A andB phases // Phys. Rev. A, 26,1820 (1982)

23.1. Kraus, Ch. Bahr, I.V. Chikina, and P. Pieranski Can one hear structures of smectic films? //Phys.Rev.E, 58,610 (1998)

24. P.E. Cladis, P.L. Finn, and H.R. Brand Stable coexistence of spiral and target patterns in freely suspended films of smectic-C liquid crystal // Phys.Rev.Lett., 75,1518 (1995)

25. M. Brazovskaya, H. Dumoulin, and P. Pieranski Nonlinear effects in vibrating smectic films // Phys.Rev.Lett., 76,1655 (1996)

26. A. Boudaoud, Y. Couder, and M. B. Amar Self-adaptation in vibrating soap films // Phys.Rev.Lett., 82, 3847 (1999)

27. A. Jakli, L. Bata, A. Buka, and N. Eber Electromechanical effect in Sc* liquid crystals // Ferroelectrics, 69,153 (1986)

28. A. Jakli and N. Eber Piezoelectric effects in liquid crystals, in the book modern topics in liquid crystals, ed. A.Buka, World Scientific, 235 (1993)

29. L.M. Blinov, L.A. Beresnev, D. Demus, S.V. Iablonski and S.V. Pikin Landau Expansion Coefficients for a Ferroelectric Liquid Crystal Showing a Polarization Sign Inversion, In the book "Dynamics and defects in liquid crystals", Gordon and Breach, Canada, 305 (1998)

30. Blinov L.M., Beresnev L.A., Demus D., Iablonskii S.V. Landau expansion coefficients for a ferroelectric liquid crystal showing a polarization sign inversion // MCLC, 292, 277 (1997)

31. M.J. Golay, A Pneumatic Infra-Red Detector//Rev. Sci. Instr. 18, 357 (1947)

32. G. Choi, Y. Marfaing, M. Munsch, P. Thorel, P. Combette, Les détecteurs de rayonnement infra-rouge, Dunod, Paris (1969)

Типография ордена «Знак почета» издательства МГУ 119992, Москва, Ленинские горы Заказ № 504 Тираж 100 экз.

1 %

I

(I

I

Ï

»15 4 90

РНБ Русский фонд

2006-4 14038

«

\

1. Введение.

Предмет диссертации и ее актуальность.

Цель работы.

Научная новизна.

Практическая значимость.

Публикации.

Апробация работы.

Защищаемые положения.

Структура диссертации.

2. Глава I: линейные электрооптические эффекты в жидких кристаллах с индуцированной и спонтанной поляризацией (обзор)

Флексоэлектрический эффект.

Определение.

Свойства.

Квадрупольный эффект. флексоэффект по Мейеру.

Наблюдение флексоэффекта.

Обратный, флексоэффект в однородном поле.

Обратный флексоэффект в неоднородном поле. фотофлексоэлектричество.

Флексоэлектрически наведённые нестабильности.

Флексоэлектричество в лиотропных фазах.

Выводы.

Электрооптические эффекты в сегнетоэлектрических ЖК.

Эффект Кларка-Лагерволла.

DHF чффект.

Электроклинный эффект.

Выводы.

Свободно подвешенные пленки.

Структура.

Приготовление.

Текстуры.

Поверхностное натяжение.

Определение толщины.

Отличие от эластичной мембраны.

Другие физические параметры пленок.

Двумерность, фазовое поведение.

Исследование колебании смектических мембран.

Выводы.

3. Глава II: экспериментальные методы, теоретическое обоснование и особенности эксперимента

Измерение угла преднаклона.

Обзор существующих методов.

Основные принципы методики.

Экспериментальная установка.

Исследование свободно подвешенных ЖК-плёнок.

Основные принципы методики.

Экспериментальная установка.

Уравнение движения свободно подвешенной плёнки.

Выводы.

4. Глава III: измерение угла преднаклона с помощью модуляционной эллипсометрии в условиях полного внутреннего отражения

Измерение угла преднаклона.

Исследование приповерхностных областей НЖК.

Предмет диссертации и ее актуальность.

Предметом нашего рассмотрения являются электроопгические эффекты в жидкокристаллических мезофазах, чувствительные к полярности электрического напряжения. Другими словами, мы исследуем влияние внешнего электрического поля на различные оптические свойства жидких кристаллов (ЖК), обладающих спонтанной или индуцированной поляризацией.

Из одного только определения данного класса эффектов можно сделать вывод о том, что чувствительность к знаку электрического поля может обеспечить некоторые дополнительные возможности в управлении световым пучком по сравнению с широко применяемыми сейчас квадратичными эффектами, которые, очевидно, не чувствительны к полярности электрического напряжения.

Актуальность этого направления продиктована следующими двумя обстоятельствами: с одной стороны, это преимущества жидкокристаллических материалов с индуцированной или спонтанной поляризацией перед их твердотельными аналогами (переключение может происходить в плоскости ЖК-ячейки), а с другой - перспективность применения рассматриваемых нами эффектов в жидких кристаллах вместо квадратичных.

Говоря о чувствительных к полярности напряжения электроопгических эффектах, в первую очередь следует обратить внимание на тот класс жидких кристаллов, для которого они характерны в наиболее полном объеме. С момента открытия в 1970-х годах сегнетоэлектрических жидких кристаллов, были разработаны методы, позволяющие гарантировано синтезировать мезогенные соединения, обладающие сегнетоэлектричебскими фазами. Особый интерес среди наклонных хиральных фаз представляют жидкостные фазы С*, оптические свойства которых чувствительны к полярности электрического поля. Они вызывают устойчивый интерес у исследователей также наличием у них двух устойчивых состояний поляризации, имеющих своим следствием оптическую бистабильность, перспективную в практическом смысле. Кроме того, в отличие от твердых сегнетоэлектриков, синтез жидкокристаллических сегнетоэлектриков в настоящее время стал достаточно прост и надежен. При этом важно лишь соблюсти определенные условия симметрии: наличие у вещества слоистой структуры, ненулевой угол наклона директора по отношению к нормали к слоям и хиральность молекул. Важно отметить, что в силу их жидкостных свойств эти вещества можно смешивать между собой. Получаемые смеси обладают новыми свойствами, которые, в принципе, могут быть и не присущи смешиваемым частям по отдельности, что делает возможности изменения их характеристик практически не ограниченными.

Как известно, в жидких кристаллах величины упругих констант несоизмеримо меньше, чем в твердых телах, что означает, соответственно, большие значения наблюдаемых эффектов. Однако, это очевидное преимущество жидких кристаллов в свою очередь компенсируется тем, что для них характерны большие времена переключения образца из одного состояния в другое. В этой связи использование смектических жидких кристаллов вместо нематических, широко применяемых в настоящее время в дисплейной промышленности, способно значительно улучшить ситуацию. Несмотря на то, что с этим связан целый ряд неразрешенных на сегодняшний день вопросов как научного, так и технологического характера, такая замена представляется довольно перспективной. Суть ее, вообще говоря, состоит в переходе к применению линейных элекрооптических эффектов, которые, по сравнению с квадратичными способны значительно быстрее «переключать» образец. Причина этого состоит в принципиальной разнице между соотношениями рабочих положений «включено» и «выключено» в линейной и квадратичной ячейках. В первом случае оба состояния являются возбужденными, но с разными знаками, т. е. переключение между ними в обоих направлениях характеризуется одним и тем же временем т0. В случае же квадратичного эффекта такой симметрии не существует, так как. «выключение», по сути, представляет собой релаксацию в исходное невозбужденное состояние. Характерная продолжительность этого процесса определяется внутренними свойствами образца и, как правило, существенно превышает т№

Как уже отмечалось выше, абсолютное большинство жидкокристаллических материалов, применяемых на сегодняшний день в промышленности, принадлежит к классу нематических жидких кристаллов (НЖК). Известно, что нематическая мезофаза, представляющая собой 3х-мерную жидкость, является центрально-симметричной. Однако, несмотря на это, для нее характерно чрезвычайно интересное и практически важное свойство - флексоэлектричество, являющееся классическим примером чувствительного к знаку поля эффекта. Можно сказать, что флексоэффект в определенном смысле. аналогичен: пьезоэффекту в твердых телах, однако носит более общий характер: он свойственен практически;любой фазе, не налагая; в» отличие от пьезоэффекта, требования отсутствия центра симметрии в среде. При? этом макроскопическая! природа флексоэлектрическойi поляризации; индуцируемой; в центрально-симметричной ; среде: деформацией продольного или поперечного изгиба, состоит в асимметрии формы молекул жидкого кристалла, или в неоднородности распределения молекулярных квадруполей.

Этот эффект представляется: весьма- удобным, для точного измерения» и управления одним из наиболее важных характеристик НЖК - т. н. углом подвеса или преднаклона. Этот параметр» во многом? определяет оптические; свойства, жидкокристаллического; материала* и, соответственно,, созданного на его основе дисплея, такие: как угол обзора, время переключения; крутизну вольт-контрастной характеристики. Кроме того, формирование некоторого отличного от нуля угла преднаклона; в твистованой нематической ячейке: позволяет избежать нежелательных эффектов рассеяния света, исключая образование доменной структуры при релаксации вещества из возбужденного состояния в невозбужденное. Путем создания; определенного угла» преднаклона; возможно также получить однородную деформацию молекул; без образования т. н. "инверсных стенок" и тем самым значительно улучшить оптические свойства ЖК-ячейки.

Разработка способов получения заданного значения; угла; преднаклона и высокоточных методов его; измерения > необходима не только для практических целей (например; для оптимизации характеристик дисплеев), но и для изучения роли* различных взаимодействий в ориентации молекул жидкого кристалла.

Особую1 важность представляет задача контроля: угла? преднаклона в приповерхностных слоях: ЖК, что необходимо для; дальнейшего/ усовершенствования устройств на мономолекулярных слоях. По ориентации ЖК-слоев можно; получать важную1 информацию; о свойствах поверхности, служащей; подложкой: В частности, с помощью ЖК удается визуализировать домены в; сегнетоэлектрических кристаллах, определять дефекты в устройствах микроэлектроники, параметры шероховатости поверхности и т. д.

Ещё одним примером «знакочувствительного» электрооптического эффекта, который исследовался,' нами и представлен в: этой! работе, является обратный; пьезоэффект в свободно подвешенных плёнках. Напомним, что обратным пьезоэффектом называется деформация материала под действием электрического поля. Здесь следует подчеркнуть важный терминологический момент: пьезоэффект в данном случае выступает не только как электромеханический, но и как электрооптический эффект, т. к. под действием электрического поля меняется форма поверхности плёнки, а соответственно и её оптический отклик. Хорошо известна профессиональная проекционная система, получившая название «Эйдофор», где за основу принят подобный электрооптический эффект: в тонкой масляной плёнке под действием электрического поля создаются деформированные участки, играющие роль преломляющих элементов, рассеивающих свет.

Свободно подвешенные жидкокристаллические плёнки представляют собой чрезвычайно интересный объект исследования. Вот лишь некоторые из числа; их специфических черт, определяющих интерес специалистов к этим системам:

1. Отсутствие границ с твердой подложкой, которые обычно являются основным источником: дефектов, позволяющее считать свободно подвешенные плёнки практически бездефектным материалом.

2. Двухмерность тонких плёнок и возможность изучения перехода к трехмерности за счет увеличения толщины, что можно делать с шагом вплоть до одного смектического слоя.

3. Повышенная чувствительность к влиянию полей (механических, электрических, тепловых), дающая возможность точного определения различных физических параметров плёнки, атак же вещества, из которого она состоит, и окружающего её газа.

В отличие от флексоэффекта, при наблюдении обратного пьезоэффекта мы не регистрировали непосредственно изменение оптических характеристик образца, как это делают, например, при получении т. н. «электроотражения» жидкокристаллической плёнки, измеряя анизотропию показателя преломления. В нашем же случае эффект состоял в изменении формы плёнки, что приводило к отклонению отраженного от неё светового пучка. Следует отметить следующие преимущества такого рода наблюдений перед техникой электроотражения: а) возможность непосредственно управлять световым пучком (что уже использовалось на практике при создании т. н. пространственно-временных модуляторов света (ПВМС) с рельефной записью изображения. б) существенно большая «глубина модуляции» сигнала, облегчающая регистрацию и наблюдение эффектов. в) уникальные возможности для изучения резонансных свойств плёнки (а также параметров окружающего её газа), т. к. снятие частотной; характеристики неоптическими методами представляется весьма затруднительным.

Цель работы

Целью работы является разработка новых эффективных и удобных на практике экспериментальных методов измерения параметров жидких кристаллов на основе присущих им эффектов, чувствительных к полярности электрического напряжения. Вторая цель - исследование с помощью этих методов как хиральных, так и ахиральных жидких кристаллов. Третья - поиск возможностей применения данного класса эффектов, как в сфере оптической обработки: информации, так и в «не дисплейных» приложениях.

Научная новизна

1. Разработан новый метод измерения угла преднаклона на границе раздела нематический жидкий кристалл твёрдая подложка. Метод основан на использовании обратного флексоэлекгрического эффекта в модуляционной эллипсометрии полного внутреннего отражения.

2. Предложен метод получения однородно ориентированных образцов ЖК с большим углом преднаклона в приповерхностной области.

3. Предложен новый метод измерения параметров свободно подвешенных сегнетоэлектрических плёнок. С помощью электромеханического эффекта измерены поверхностная вязкость свободно подвешенной сегнетоэлектрической пленки, её поверхностная плотность и определена температура инверсии знака спонтанной поляризации.

4. Обнаружено, что спектр механических низкочастотных колебаний свободно подвешенной жидкокристаллической сегнетоэлектрической плёнки в условиях форвакуума существенно отличается от спектра Рэлеевской мембраны такой же толщины и упругости.

5. Экспериментально показано, что спектр колебания тонкой свободно подвешенной плёнки на основе сегнетоэлектрического жидкого кристалла чувствителен к присутствию паров легколетучих соединений.

6. Представлены способы практического применения смектической мембраны в качестве чувствительного элемента различных измерительных приборов (детектора видимого и ИК излучения, датчика атмосферного давления, детектора паров).

Практическая значимость

Практическая значимость данной работы заключается в том, что для решения поставленных задач автором были разработаны оригинальные методы, позволяющие измерять ряд важных для приложений параметров нематических жидких кристаллов. В их числе: угол наклона директора жидкого кристалла 0о на границе с подложкой, поверхностное натяжение а, толщина /г и поверхностная вязкость rjs (для свободно подвешенных сегнетоэлектрических плёнок). Экспериментально было показано, что тонкие мембраны на основе сегнетоэлектрических жидких кристаллов могут быть использованы в качестве датчиков атмосферного давления, сенсоров легколетучих органических соединений и чувствительных элементов в ячейках Голея.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Яблонский С.В., Блинов JLM., Михайлов А.С., Палто С.П., Дюран Г. Точный метод- определениям- угла преднаклона в- тонких- пленках нематических жидких кристаллов // Письма в ЖЭТФ, 1998, 67, 387

2. Yablonskii S.V., Nakayama К., ffirohata М., Okazaki S., Ozaki M., Yoshino К., Palto S.P., Baranovich M.Yu., Michailov A.S. Control of the bias tilt angles in nematic liquid crystals // J.Appl. Phys., 1999, 85, 2556

3. C.B. Яблонский, AC. Михайлов, С.Г. Юдин, C.B. Яковлев Ориентация нематического жидкого кристалла коронированными сегнетоэлектрическими полимерными пленками II Поверхность, 1999, 10, 62

4. С.В. Яблонский, А.С. Михайлов, К. Накано, М. Озаки, К. Йошино Линейный электромеханический эффект в жидкокристаллических сегнетоэлектрических свободно подвешенных плёнках // ЖЭТФ, 2001, 120, 109

5. Serguei V. Yablonskii, Kazuyuki Nakano, Aleksey S. Mikhailov, Masanori Ozaki and Katsumi Yoshino Electromechanical effect in freely suspended liquid crystal films // Appl. Phys. Lett, 1999, 75, 64

6. S. V. Yablonskii, K. Nakano, A. S. Mikhailov, M. Ozaki, K. Yoshino Pressure sensor based on freely suspended ferroelectric liquid crystal film. II Appl. Phys. Lett., 2002, 80, 571

7. Aleksey S. Mikhailov, Serguei V. Yablonskii, Kazuyuki Nakano, Masanori Ozaki, Katsumi Yoshino, Frequency Shifts of Mechanical Vibration Spectra Induced by Vapors of; Volatile Substances in? Freely Suspended< Ferroelectric Liquid Crystal Films, 6th European Conference on Liquid Crystals March, 25-30, 2001 Halle (Saale), Germany.

8. S.V. Yablonskii, T. Oue, H. Nakano, A.S. Mikhailov, M. Ozaki, and K. Yoshino Electromechanical effect in ferroelectric liquid crystal freely suspended films,

International simposium on LC, Kunibeke Messe, Matsue (Japan), October 25, 2000, pp.9-10.

9. Serguei V. Yablonskii, Kazuyuki Nakano, Aleksey S. Mikhailov, Masanori Ozaki and Katsumi Yoshino Thermal photodetector using freely suspended liquid crystal film // Jpn. J. Appl Phys., 2003; 42, 198

10. M. Paukshto, G. Fuller, A. Mikhailov, S. Remizov Optics of sheared liquid crystal polarizer based on aqueous dispersion of dichroic dye nano-agregaters // Special edition of the JSID on nano-science and technology in display applications, April 2005

Апробация работы

Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1. Исследование электромеханического эффекта в свободно подвешенных жидкокристаллических плёнках. С.В. Яблонский, А.С. Михайлов, К. Йошино, «Московский семинар по жидким кристаллам» 16 мая 2000 г. ИКР АН

2. Frequency Shifts of Mechanical Vibration Spectra Induced by Vapors of Volatile Substances in Freely Suspended Ferroelectric Liquid Crystal Films.

Aleksey S. Mikhailov, Serguei V. Yablonskii 1, Kazuyuki Nakano, Masanori Ozaki, Katsumi Yoshino, 6th European Conference on Liquid Crystals March, 25-30, 2001 Halle (Saale), Germany.

3. Линейный электромеханический эффект в жидкокристаллических сегнетоэлектрическнх свободно подвешенных плёнках. А.С. Михайлов, С.В. Яблонский. Конкурс работ молодежной секции ИКР АН, 2003 (1ая премия).

4. S.V. Yablonskii, Т. Oue, Н. Nakano, A S. Mikhailov, М. Ozaki, and К. Yoshino Electromechanical effect in ferroelectric liquid crystal freely suspended films, International simposium on LC, Kunibeke Messe, Matsue (Japan), October 25, 2000, pp. 9-10

Автор защищает

1. Линейный электромеханический эффект в свободно подвешенной плёнке из ахирального смектического жидкого кристалла.

2. Экспериментальное наблюдение эффекта влияния атмосферного давления на низкочастотный акустический спектр жидкокристаллической мембраны.

3. Новые методы измерений параметров жидких кристаллов: угла преднакпона и величины его модуляции, а также двумерной плотности, поверхностной вязкости и толщины слоя - в геометрии свободно подвешенных пленок.

4. Способ управления с помощью электрического поля осью легкого ориентирования жидкого кристалла.

5. Датчик Голея (детектор ИК и видимого излучения) на основе свободно подвешенных ЖК плёнок.

Структура диссертации

Диссертация включает в себя четыре главы. В первой главе приводится обзор существующей на сегодняшний день литературы, посвященной электрооптическим эффектам, чувствительным к знаку электрического поля, в жидких кристаллах. Основное внимание уделено обратному пьезоэффекту и флексоэлектрическому эффекту. Вторая глава посвящена теоретическому рассмотрению исследуемых нами явлений:

1. Флексоэффект в нематических жидких кристаллах.

2. Обратный пьезоэффект в свободно подвешенных тонких смектических плёнках.

Исходя из этого, в главе обоснованы разработанные нами экспериментальные методы, основанные на данных эффектах, и описаны соответствующие им экспериментальные установки. В первой части, посвященной флексоэффекту в нематиках и основанному на нем методе измерения угла преднаклона, приводится также сравнительный обзор существующих методов оценки этого параметра. Во второй части, посвященной свободно подвешенным плёнкам, приводится вывод уравнения движения смектической мембраны с учетом диссипации.

В последующих главах подробно описываются проведенные нами исследования, анализируются полученные результаты и рассматриваются возможности их практических приложений. Глава 3 посвящена применению метода модуляционной эллипсометрии в условиях полного внутреннего отражения для исследования нематических жидких кристаллов. Подтверждается применимость метода, определяется угол преднаклона; и величина его модуляции в приповерхностном слое для различных типов ориентации. Полученные нами значения сравниваются с результатами применения другой, известной ранее методики. Описаны результаты предложенной нами предобработки подложки, приводящие к «эффекту командной поверхности». В качестве возможного1 практического применения предложенной методики рассмотрен т. н. «управляемый ромб Френеля».

В главе 4 приводятся результаты исследования электромеханического эффекта в свободно подвешенных жидкокристаллических плёнках. Сообщается об обнаружении линейного эффекта для ахирального смектика в данной геометрии. Рассматривается влияние тензора присоединенных масс на динамику ЖК мембраны. Для материала с инверсией знака спонтанной поляризации приводятся прямые наблюдения этого эффекта и определение точки инверсии с помощью нашей методики. Исходя из частотных спектров электрооптического отклика, производится оценка некоторых важных физических параметров ЖК пленки. На основании выявленных и изученных свойств свободно подвешенных смектических мембран предлагается несколько вариантов их практического применения.

Выводы

Из наблюдений электромеханического эффекта в свободно подвешенных плёнках измерены как параметров самой пленки, такие как её толщина, поверхностное натяжение, двумерная плотность и поверхностная вязкость. Экспериментально показано, что спектр низкочастотных механических колебаний свободно подвешенной жидкокристаллической плёнки в условиях форвакуума существенно отличается от спектра Рэлеевской мембраны такой же толщины и упругости. Причина отклонения спектрального поведения плёнки от классического может быть объяснена её неоднородностью, то есть влиянием на механические свойства плёнки её мениска, также принимающего участие в колебательном процессе.

Продемонстрирована принципиальная возможность использования свободно подвешенной плёнки из сегнетоэлектрического жидких кристаллов в качестве детектора атмосферного давления, сенсора паров легколетучих органических соединений и в качестве чувствительного элемента газового термометра для измерения мощности видимого и инфракрасного излучения (ячейка Голея).

Обнаружен и экспериментально исследован линейный электромеханический эффект в свободно подвешенной плёнке из ахирального смектического жидкого кристалла 8СВ. Линейная по электрическому полю деформация регистрировалась на периферии плёнки, где вследствие взаимодействия с ограничивающей поверхностью происходит понижение симметрии жидкого кристалла.

Чувствительность деформации жидкокристаллической плёнки к полярности электрического поля и знаку спонтанной поляризации позволила с помощью электромеханического эффекта наблюдать инверсию знака спонтанной поляризации сегнетоэлектрического жидкого кристалла 8РРу06 и определить её температуру.

1. Разработан» новый метод измерения угла преднаклона директора нематического жидкого кристалла> на границе с ограничивающими поверхностями. Метод основан; на. оптическом зондировании-тонкого: приповерхностного слоя: в условиях полного внутреннего отражения. Особенностью метода? является возможность исследования ориентации директора в тонких приповерхностных слоях нематических жидких кристаллах с толщиной меньшей, чем глубина проникновения затухающей световой волны. Метод позволяет измерять углы преднаклона: в жидкокристаллических слоях с неоднородной ориентацией директора.

2. Для нематического жидкого кристалла обнаружен эффект наведения: электрическим полем оси легкого ориентирования ЖК. Эффект проявляется в согласованном наклоне директора нематического жидкого кристалла на небольшой, отсчитываемый; от вертикали- угол в0 на границе' с, ориентирующей полимерной-: сегнетоэлектрической плёнкой, поляризованной! в положительном» коронного разряде,- и в отсутствии s какого-либо наклона - в случае отрицательного разряда; Причиной такого поведения; которое принято называть эффектом "командной поверхности", является зависимость свойств поверхности: сегнетоэлектрической ориентирующей < плёнки от полярности и амплитуды приложенного электрического напряжения;

3. Показано, что электромеханический; эффект в свободно: подвешенных плёнках на основе сегнетоэлектрических жидких кристаллов: может быть, использован для измерения как параметров самой пленки, таких как её толщина, поверхностное натяжение, двумерная плотность и поверхностная, вязкость,, так и плотности окружающей атмосферы;

4. Экспериментально показано, что спектр механических низкочастотных колебаний свободно- подвешенной жидкокристаллической сегнетоэлектрической г плёнки в. условиях форвакуума существенно отличается от спектра; Рэлеевской мембраны такой же толщины и упругости. Причина1 отклонения спектрального поведения плёнки от классического может быть объяснена её неоднородностью, то есть влиянием на механические свойства плёнки её мениска, также принимающего участие в колебательном процессе.

57 Продемонстрирована принципиальная возможность использования: свободно подвешенной плёнки из сегнетоэлектрического жидких кристаллов в качестве детектора атмосферного давления, сенсора' паров легколетучих органических соединений и в качестве чувствительного элемента газового термометра для измерения мощности видимого и инфракрасного излучения (ячейка Голея).

6. Обнаружен и экспериментально исследован линейный электромеханический эффект в свободно подвешенной плёнке из ахирального смектического жидкого кристалла 8СВ. Линейная по электрическому полю деформация регистрировалась по изменению направления i светового; луча отраженного от периферии плёнки, где вследствие: взаимодействия с ограничивающей поверхностью происходит понижение симметрии жидкого кристалла.

7. Показано, что деформация жидкокристаллической свободно подвешенной плёнки на основе сегнетоэлектрического ЖК зависит от полярности электрического поля и знака спонтанной поляризации.: Такое: сочетание свойств позволило с помощью электромеханического эффекта определить температуру инверсии знака спонтанной поляризации сегнетоэлектрического жидкого кристалла 8РРу06.

В заключение хотелось бы выразить признательность своему научному руководителю - Яблонскому Сергею Валерьевичу за предоставление интересной темы, помощь и внимание к работе; поблагодарить Палто Сергея Петровича - за предоставление пакета программ PhysLab и помощь в работе с ними. Также благодарю весь, без исключения, коллектив лаборатории жидких кристаллов ИКР АН за постоянную поддержку, замечания и консультации.

1. P. G. De Genes, Wetting: statics and dynamics // Rev. Mod. Phys. 57, 827 (1985)

2. Tagantzev A.K. Electric polarization in crystals and its response to thermal and elastic perturbations//Phase transition, 1991, 35, 119

3. V. V. Gladkii Macroscopic quadrupole moment of dielectric solids with structural phase transitions // Phase transitions, 1986,6, 273

4. R: B. Meyer, Piezoelecric effects in liquid crystals // Phys. Rev. Leters, 1969, 22-18, 918-921

5. J.P. Marcerou and J. Prost Flexoelectricity in isotropic phases // Phys. Lett., 1978, 66A, 218

6. Блинов Л. M. Электро и магнитооптика жидких кристаллов. Москва, "Наука", 1978.

7. С.Чандрасекар, Жидкие кристаллы, стр. 82, 1980, Изд.-во Мир

8. A. Petrov Physical properties of liquid crystals // EMIS Datareviews Series (Managing Editor, John Sears), published by the Institution of Electrical Engineers, 1998

9. S.R. Warner and N.V. Madhusudana An AC electrooptical technique for measuring the flexoelectric coefficient (el+e3) and anchoring energies of nematics // J.Phys. (France), 1997, 7, 1789

10. B. Valenti, C. Bertoni, G. Barbero, P. Taverna-Valabrega and R Bartolino Flexoelectricity in the hybrid aligned nematic cell // MCLC, 1987, 146, 307

11. L.M. Blinov, G. Durand, S.V. Yablonsky Curvature oscillations and linear electro-optical effect in a surface layer of a nematic liquid crystal J.Phys. П (France) vol. 2 (1992)p. 1287

12. P.R.M Murthy, V.A: Raghunathan, N.V. Madhusudana Experimental determination of the flexoelectric coefficients of some nematic liquid crystals // Liquid Crystals (Great Britain) vol. 14 (1993) p. 483

13. Chungpeng Fan Comments on piezoelectric effect in liquid crystals // MCLC, 1971, 13, 9

14. W. Helfrich, Simple method to observe the piezoelectricity of liquid crystals // Phys. Lett. 35 A, 393 (1971)

15. J. Prost and J.P. Marcerou On the microscopic interpretation of flexoelectricity // J. de Physique, 1977,38,315

16. G. Durand Flexoelectricity in nematics: continuous distortions and instabilities //MLCL, 1984, 113,237-246

17. J.P. Marcerou and J. Prost Relaxation behavior of flexoelectricity // Ann. Phys, 1978, 3,269-272

18. Dozov, Ph. Maitinot-Lagarde, G. Durand, J. Phys. Lett. 44, L-817 (1983).

19. W. Haas, J. Adams, J.B. Flannery New Electro-Optic Effect in a Room-Temperature Nematic Liquid Crystal // Phys. Rev. Lett. (USA) vol: 25 (1970) p. 1326

20. D. Schmidt, M. Schadt, W. Helfrich Liquid-crystalline piezoelectricity; the bending mode of MBBA //Z. Naturforsch. (Germany) vol. 27a (1972) p. p. 277

21. Василевская А. С., Сонин А. С., Поперечный элекгрооптический эффект в МББА // Физика Твердого Тела 21 (1979) с. 196

22. J. Prost, P.S. Pershan Flexoelectricity in nematic and smectic-A liquid crystals // J. Appl. Phys. (USA) vol. 47 (1976) p. 2298

23. A. Derzhanski, A.G. Petrov, M.D. Mitov, One-dimensional dielectric-flexoelectric deformations in nematic layers // J. Physique (France) vol.39 (1978) p.273

24. Б. А. Уманский, JI. M. Блинов, М И. Барник, Флексоэлектрический эффект в жидких кристаллах // Кристаллография 27 (1982) с. 729

25. L.M. Blinov, A.A.Sonin, M I. Barnik, Determination of the anchoring energy of a homeotropic nematic layer from electro-optical and magneto-optical effects // Kristallografiya (USSR) vol. 34 (1989) p. 413

26. L.M. Blinov, A.A.Sonin Определение энергии сцепления нематика с кристаллическими подложками по данным измерения электрооптических эффектов //ЖЭТФ, 1984, 87,29

27. Н. P. ffinov, A. I. Derzhanski // in Liquid Crystals and Ordered Fluids vol. 4 Eds. A.C.Griffin, I.E. Johnson (Plenum Press, NY L, 1984) p. 1103

28. B.ValentL C.Bertoni, G.Barbero, P.Taverna-Valabrega. R.Bartolino Flexoelectricity in the hybrid aligned nematic cell // Mol. Cryst, Liq. Cryst. (USA) vol. 146 (1987) p. 307

29. A. G. Petrov Measurements and interpretation of flexoelectricity // Physical properties of liquid crystals; Volume 1: Nematics; published by the Institution of Electrical Engineers, 1998

30. A. G. Petrov Ph. D. Thesis (Bulgarian Acad. Sci, Sofia, 1974) p. 81, p. 93

31. A. Derzhanki, A.G. Petrov, Flexoelectricity in nematic liquid crystals // Acta Phys. Pol.A (Poland) vol.A55 (1979) p.747

32. AG. Petrov, A.Th. Ionescu, C. Versace, N. Scaramuzza Liquid Crystals (Great Britain) vol 19 (1995) p. 169

33. Y. Marinov, N. Shonova, C. Versace, A.G. Petrov; Flexoelectric spectroscopy measurements of surface dissipation of energy and surface viscosity of weakly anchored homeotropic nematic // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1999, 329, p. 533.

34. H.P.Hinov, L.K. Vistin1; Parallel and cross-like domains due to d. c. and low frequency (< 2 Hz) electric fields in nematic liquid crystal layers with negative dielectric anisotropy // J.Phys. (Francc) vol. 40 (1979) p. 269

35. Ю. П. Бобылев, С. А Пикин, Пороговая пьезоэлектрическая неустойчивость в жидком кристалле // Письма ЖЭТФ 45 (1977) р. 195

36. Yu.P. Bobylev, V.G. Chigrinov, S.A.Pikin Threshold flexoelectric effect in nematic liquid crystal // J.Phys. suppl. (France) vol.40 (1979) p.C3-331

37. Pieranski, P., etal. Physics of smectic membranes. Physica A, 1993. 194: p. 364-389

38. H.P Hinov, Surface-induced flexoelectric domains in asymmetrically strong-weak anchored MBBA films // Z. Naturforsch. (Germany) vol. 37a (1981) p.334

39. H.P. Hinov, Penetration depth of surface forces into nematic layers / Mol. Cryst. Liq. Cryst. (USA) vol. 74 (1981) p. 1639

40. H.P. Hinov Further experimental evidence for the wall structure of the flexoelectric domains in symmetrically weakly anchored MBBA layers // Mol. Cryst. Liq. Cryst. (USA) vol. 89 (1 -4) 1982, p. 227

41. Dozov, Ph. Martinot-Lagarde, G. Durand, Flexoelectrically controlledtwist of texture in a nematic liquid crystal / J. Phys. Lett. (France) vol. 43 (1982) p. L-365

42. Dozov, Ph. Martinot-Lagarde, G. Durand // J. Phys. Lett. (France) vol. 44 (1983) p. L-817

43. N.V. Madhusudana, J.F. Palierne, Ph. Martinot-Lagarde, G. Durand Twist instability of a flexoelectric nematic domain in an external field // Phys. Rev. A (USA) vol. 30 (1984)p. 2153

44. A.I. Derzhanski, M.D. Mitov // C.R. Acad. bulg. Sci. (Bulgaria) vol. 28 (1975) p. 331

45. J.-P. Marcerou, J. Prost, The different aspects of flexoelectricity in nematics. / Mol. Cryst. Liq. Cryst. (USA) vol. 58 (1980) p. 259

46. Dozov, I. Penchev, Ph. Martinot-Lagarde, G. Durand, On the sign of flexoelectric coefficient in NLC // Ferroelectrics Lett. (USA) vol. 2 (1984) p. 135

47. Dozov, G. Durand, Ph. Martinot-Lagarde, I. Penchev: Abstracts, 5 LC Conf. Soc. Countries (Odessa, USSR) vol. 1, part П (1983) p. 11

48. J. Prost J.P. Marcerou On the microscopic interpretation of flexoelectricity // J. Physique (France) vol. 3 8 (1977) р.315

49. L.M. Blinov, L.A. Beresnev, S.A. Davydyan, S.G. Kononov, S.V. Yablonski Flexoelectric effects in LC's // Ferroelectrics (USA) vol. 84 (1988) p. 365

50. A. I. Derzhanski, H.P. ffinov, M.D. Mitov, A bulk flexoelectric effect in a wedgelike nematic liquid crystal layer. / Acta Phys. Pol. A (Poland) vol. A55 (1979)p.567

51. A.I. Derzhanski, A.G. Petrov, Chr. P. Khinov, B.L. Markovski Piezoelectric deformations of nematic liquid crystals in nonhomogeneus d. c. electric fields // Bulg. J Phys. (Bulgaria) vol. 1 (1974) p. 165

52. D.S.Hermann, P.Rudquist, K.Ichimura, K. Kudo, L.Komitov, S.T.Lagerwall Flexoelectric polarization changes induced by light in a nematic liquid crystal // Phys, Rev. E (USA) vol. 55 (1997) p.2857

53. A. Derzhanski, A. G. Petrov, A. Todorov, Flexoelectricity of Layered and Columnar Lyotropic Phases, Bulg. J. Phys. 16 (1989), 3,268

54. W. Helfrich, Polarity-dependent electro-optical effect of nematic liquid crystals // Appl. Phys. Lett. (USA) vol. 24 (1974) p. 451

55. G. Barbero, G. Durand, Flexoelectric instability of liquid crystals // Phys. Rev. A (USA) vol. 35 (1987) p. 1294

56. M. Monkade, Ph. Martinot-Lagarde, G.Durand, Electric polar surface instability in nematic liquid crystals. / Europhys. Lett. (Switzerland) vol. 2 (1986) p. 299

57. O.Lavrentovich, V. Pergamenshchik, V. Sergan Surface polarization and domain structures in thin nematic layers // Mol. Cryst. Liq. Cryst. (USA) vol. 192 (1990) p. 239

58. O.Lavrentovich, V.G. Nazarenko, V.M. Pergamenshchik, V.V. Sergan, V.M. Sorokin; Dielectric quenching of the electric polar surface instability in a nematic liquid crystal7/ Sov.Phys. JETP (USA) vol. 72 (1991) p. 431

59. O.D. Lavrentovich, V.G. Nazarenko, V.V. Sergan, G. Durand, Dielectric quenching of the electric polar surface instability in a nematic liquid crystal // Phys. Rev. A (USA) vol. 45 (1992) p. R6969

60. V.G. Nazarenko, R. Klouda, O.D. Lavrentovich, Unipolar electro-optic effect in a nematic cell // Phys. Rev. E (USA) vol. 57 (1998) p. R36

61. A. G. Petrov, V. S. Sokolov, Curvature-electric effect in black lipid membranes // Eur Biophys J (1986) 13, 139

62. Вистинь Л.К. Новое электроструктурное явление в жидких кристаллах нематического типа И ДАН СССР, 1970, 194, 1318

63. Sven Т. Lagerwall, Ferroelectric Liquid Crystalls. Handbook of Liquid Crystalls, Vol. 2B 1998

64. J. Z. Xue, M. A. Handshy, N. A. Clark, Electrooptical response during switching of a ferroelectric liquid crystal cell with uniform director orientation, Ferroelectrics, 73, 305-314, (1987).

65. H. Orihara, K. Nakamura, Y. Ishibashi, Y. Yamada, N. Yamamoto, M. Yamawaki, Anomalous switching behaviour of a ferroelectric liquid crystal with negative dielectric anisotropy, Jpn. J. Appl. Phys., 25, №10, L839- L840, (1986).

66. J: M. Keen, Electron. Lett. 7, 432 (1971)

67. N. A. Clark, S. T. Lagerwall, Sub-microsecond switching in ferroelectric liquid crystals, J.Appl.Phys„ 36, 899-903, (1980).

68. N. A Clark, M. A. Handshay, S. T. Lagerwall, Switching dynamics of surface stabilized ferroelectric liquid crystals, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 94, 213-219, (1983).

69. JI. А. Береснев, JI. M. Блинов, Д. И. Дергачёв, С. Б. Кондратьев, Элекгрооптический эффект в сегнетоэлекгрическом жидком кристалле с малым шагом геликоида и высокой величиной спонтанной поляризации, Письма в ЖЭТФ, 46, вып.8, 28-330, (1987).

70. L. Л. Beresnev, L. M. Blinov, D. I. Dergachev, Electro-optical response of a thin layers of a ferroelectric liquid crystal with a small pitch and high spontaneous polarization, Ferroelectrics, 85, 173-186,(1988).

71. Yu. P. Panarin, E. P. Pozhidaev, V. G. Chigrinov. Dynamics of controlled birefringence in an electric field deformed helical structure of ferroelectric liquid crystals, Ferroelectrics, 114, 181-186,(1991).

72. J. Funfshilling, M. Shadt, Performance of conventional and novel deformed helix ferroelectric liquid crystal display operating modes, Jpn. J. Appl. Phys., 35, №11, 5765-5774,(1996).

73. G. Andersson, I. Dahl, P. Keller, W. Kuczynsky, S. T. Lagerwall, K. Skarp, B. Stebler, Submicrosecond electro-optic switching in the liquid crystal amectic A phase: The soft mode ferroelectric effect, Appl. Phys. Lett., 51, №9, 840-842, (1987).

74. M. Glogarova, J. Pavel, The effect of biasing electric field on the soft mode in the vicinity of the ferroelectric phase transition in liquid crystals, Liquid crystals, 6, №3, 325-332, (1989).

75. K. Saxena, L. Beresnev, L. Blinov, S. Pikin, W. Haase, Electroclinic and induced biaxiality effects in new FLC mixtures, Ferroelectrics, 213, 73-80, (1998).

76. S. GarofF, R. B. Meyer, Electroclinic effect at the A-C phase change in a chiral smectic liquid crystal, Phys. Rev. Lett., 38, №15, 848-851, (1977).

77. S. GarofF, R. B. Meyer, Electroclinic effect at the A-C phase change in a chiral smectic liquid crystal, Phys. Rev. A, 19, №1, 338-347, (1979).

78. К. Scarp, G. Andersson, Т. Hirai, A. Yoshizava, K. Hiraoka, H. Takezoe, A. Fukuda, Investigations of soft mode electroclinic response in a ferroelectric liquid crystal with PS=5 mC/m2, Jpn. J. Appl. Phys., 31, 1409-1413, (1992).

79. J.A.M.M. van Haaren, G.LJ.A. Rikken, Electric field and thickness effect on the electroclinic temporal behaviour in a chiral smectic A liquid crystal, Phys. Rev. A, 40, №9, 5476-5479,(1989).

80. I. Abdulhalim, G. Moddel, Switching behaviour and electro-optic response due to the soft mode ferroelectric effect in chiral smectic A liquid crystals, Liquid crystals, 9, №4,493-518,(1991).

81. A. B. Davey, W. A. Crossland, Potential and limitations of the elrctroclinic effect in device applications, Ferroelectrics, 114, 101-112,(1991).

82. Friedel, G. Les Etats Mesomorphes de la Matiere. Ann.Phys. (Paris). 1922. 18: p. 100-273

83. Pindak, R. and Moncton, D. Two-dimensional systems. Physics today, 1982, N 5: p. 57-62

84. Demikhov, E. I. Surface reconstruction and finite-size effects in smectic free standing films. MCLC 1995. 265: p. 403- 407

85. Geer, R„ Stoebe, Т., Huang, C.C., Pindak, R., Srajer, G, Goodby, J.W., Cheng, M., Ho, J.T. and Hui, S.W. Hexatic and crystal phase transition in thin free-standing liquid crystal films. Phys.Rev.Lett. 1991. 66: p. 1322-1325

86. Halperin, В. I. and Nelson, D. R. Theory two-dimensional melting. Phys.Rev.Lett. 1978^41U21-124.

87. Young, A. P. Melting and the vector Coulomb gas in two dimensions.Phys.Rev. В 1979. 19: p. 1855-1866.

88. Sirota, E.B., Pershan, P.S., Sorensen, L.B. and CoIIett, J: X-ray and optical studies of the thickness dependence of the phase diagram of liquid-crystal films. Phys.Rev. A 1987. 36: p. 2890-2901.

89. Demikhov, E. I. and Dolganov, V. K. Free-standing smectic films above Sm A-N, SmA-Iso transitions. MCLC 1997. 303: p. 193-206.

90. Bogomolov, V. N., Colla, E. V., Kumzerov, Yu. A. First order phase transition in the system close to unidimentional. Piz'ma v ZheTF 1985. 41: p. 28-31.

91. Uto, S., Tazoh, E., Ozaki, M. and Yoshino, K. Mechanical vibration of freely suspended ferroelectric liquid-crystal film excited by sound and electric field. J.Appl.Phys. 1997, 82: p. 2791-2794.

92. Geguzin, Ya. E. Bubbles. Library Kvant. No.46. 1985. Nauka: Moscow.

93. Meyer, R. В., Liebert, L., Strzelecki, L. and Keller, P. Ferroelectric liquid crystals. J. Phys. Lett. 1975. 36: p. L-69-71

94. Demikhov E. 1., Hoffmann E., Stegemeyer H., Pikin S. A., Strigazzi A., Modulated structures of the smectic-C* phase in free-standing films with high spontaneous polarization, Physical Review E, June 1995, pp. 5954 5961

95. Young, C.Y., Pindak, R., Clark, N. A. and Meyer, R.B. Light-scattering study of two-dimensional molecular-orientation fluctuations in a freely suspended ferroelectric liquid-crystal film. Phys.Rev.Lett.1978. 40: p. 773-776.

96. K. Miyano Surface tension measured by vibrating membranes: An application to smectic-A and В phases // Phys. Rev. A 1982, 26, 1820

97. Brazovskaiya, M. and Pieranski, P. Self-Tuning behavior of vibrating smectic films. Phys. Rev Lett. 1998. 80: p. 5595-5598

98. P.E. Cladis, P.L. Finn, and- HR. Brand- Stable- coexistence^ o£ spiraL and. target-patterns in freely suspended films of smectic-C liquid crystal // Phys.Rev.Lett., 1995, 75, 1518

99. A. Boudaoud, Y. Couder, and M. B. Amar Self-adaptation in vibrating soap films //Phys.Rev.Lett., 1999,82,3847

100. J. Kraus, Ch. Bahr, I. V. Chikina, and P. Peranski, Can one hear structure of smectic films? // Physical Review E, v. 58, #1, July 1998.

101. I. Kraus, Ch. Bahr, and P. Peranski, Mechanical perturbation applied on freely suspended smectic films //MCLC. 262, 1289 (1995)

102. Uto S., Ohtsuki H., Terayamo M., Ozaki M., Yoshino K., Electrooptic behavior of free-standing ferroelectric liquid crystal film; Jpn/ J/ Appl/ Phys. Vol. 35 (1996) pp. LI58 L160.

103. Uto S., Tazoh E., Terayamo M., Ozaki M., Yoshino K., Mechanical vibration of freely suspended ferroelectric liquid-crystal film exited by sound and electric field, J. Appl. Phys. 82 (6), 15 September 1997 pp. 2791 -2794

104. Simon R., Nicholas D. M. An interferometric method of measuring tilt angles in aligned thin films of nematic liquid crystals. J. Phys. D: Appl. Phys., v. 18, 14231430, 1985.

105. Scheffer T. J., Nehring J. Accurate determination of liquid-crystal tilt-bias angles. J. Appl. Phys., v. 48, N 5, 1783-1792, 1980.

106. Федоров А. В., Филипов С. M. Отражение и преломление света прозрачными кристаллами. Минск, "Наука и техника", 1976.

107. Bauer G., Witter V. Detection of the tilt angles at surfaces of substrates in liquid crystal cells. Phys. Lett., v. 56A, N2, 142-144,1976.

108. Chiarelli R., Faetti S., Fronozi L. Determination of molecular orientation at the free surface of liquid crystals from Brewster angle measurements. Opt. Comm., v. 46, N 1, 9-13, 1983.

109. Akiyama R., Abe S., Fukuda A., Kuze E. Determination of tilt-bias angles in nematic liquid crystal cells by observing angular dependence of Rayleight line intensity. Jpn. J. Appl. Phys., v. 21, N5, 1266-1268, 1982.

110. Некрасов Г. JI. Измерение среднего угла наклона молекул в локализованных участках ЖК-ячейки. Изв. АН. БССР. Сер. физ.-мат. наук. 6, 114-118, 1981.

111. A: Jakli, L. Bata, A. Buka, and N. Eber, Electromechanical effect in Sc* liquid crystals // Ferroelectrics 69, 153 (1986)

112. Antal Jakli, Converse piezoelectric signals of nematic and S A films // FLCC, Tokyo, 1993, P-67

113. Y. Imura, J. Kusano, S. Kbayashi, Y. Aoyagi, and T. Sugano, Alignment Control of a Liquid Crystal on a Photosensitive Polyvinylalcohol Film // Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 32, L93 (1993).

114. Geary J. M., Goodby J. W., Kmetz A. R. and Patel J. S. The mechanism of polymer alignment of liquid-crystal materials // J. Appl. Phys. 1987. V 62. P. 4100.

115. Chatelain P. // Bull. Soc. Franc. Miner. 1945. V. 66. P. 105.

116. Janning J. Thin film surface orientation for liquid crystals // Appl. Phys. Lett. 1972. V. 21. P. 173.

117. Chen J., Vithana H., Johnson D. et al. Investigation on Langmuir-Blodgett films // MCLC 1996. V. 275. P. 49

118. Shadt M, Seiberle H, Schuster, Optical patterning of multidomain liquid-crystal displays with wide viewing angles// A. Nature, 381, 212-215,1996.

119. Ichimura K., Suzuki Y., Seki T. et al., Reversible change in alignment mode of nematic liquid crystals regulated photochemically by 'command surfaces' modified with Azobenzene monolayer / Langmuir. 1988. V.4. p. 1214.

120. Marcerou J. P., Destrade C., Dupont L. Actively surface stabilized ferroelectric liquid ciystal cells. Another way to realize a display with memory // SPIE. 1989. V. 1080. p. 195.

121. Blinov L. M., Palto S. P., Yakovlev S. V., Sikharulidze D. G. Asymmetric electro-optical switching of a nematic cell controlled by a corona poled ferroelectric polymer layer // Appl. Phys Lett. 1998. V. 72. p. 3377.

122. E. I. Kats, and V. V. Lebedev, Fluctuational Effects in the Dynamics of Liquid Crystals and films, Springer, New York (1993).

123. P. M. Morse, Vibration and Sound, McGraw Hill, New York (1936), p. 142

124. J. W. Rayleigh, The Theory of Sound, McMillan, London (1929)

125. B. S. Berry and W. C. Pritchet, Vibrating reed internal friction arraratus for films and foils // IBM J. Res. Develop. 19, 334 (1978)

126. L. M. Blinov, L A. Beresnev, D. Demus, S. V. Yablonski, and S. V. Pikin, Landau expansion coefficients for a ferroelectric liquid crystal showing a polarization sign inversion // MLCL 292, 277 (1997)

127. Antal Jakli, Converse piezoelectric signals of nematic and Sa films // FLCC, Tokyo, 1993, P-67

128. E.B. Sirota, P.S. Pershan, L.B. Sorensen, J. Collet X-ray and optical studies of the thickness dependence of the phase diagram of liquid-crystal films // Phys.Rev.K, 1987, 36, 2890

129. Б.Б. Дамаскин и О.А. Петрий Введение в электрохимическую кинетику, М.: Высшая школа, 1983, с. 83

130. P.G. de Gennes and J. Prost The physics of liquid crystals, Clarendon Press, Oxford; 1993

131. J.B. Fournier and G. Durand Smectic-A flexo, piezo- and ordo-electricity // J.Phys.II France 1992, 2, 1001

132. В. H. Парыгин, В. И. Балакший, «Оптическая обработка информации», Издательство Московского универсиета, 1987 г. стр. 63

133. M.J. Golay, A Pneumatic Infra-Red Detector // Rev. Sci. Instr. 18, 357 (1947)

134. G. Choi, Y. Marfaing, M. Munsch, P. Thorel, P. Combette, Les detecteurs de rayonnement infra-rouge (Dunod, Paris, 1966)

135. R. A. Smith, F. E. Jones, R. P. Chasmar, The detection and measurements of infrared radiation (Claredon Press, Oxford, 1968)

136. R. F. Potter and W. L. Eisenman, Infrared photodetectors: A review of operational detectors// Applied Optics 1, 557 (1962)

137. H. V: Haves, A New Receiver of Radiant Energy // Rev. Sci. Instr. 7, 202 (1936) •

138. T. W. Kenny, J. K. Reynolds, J. A. Podosek, E.C. Vote, L. M. Miller, H.K. Rockstad and W. J: Kaiser, Micromachined infrared sensors using tunneling displacement transducers// Rev. Sci. Instrum. 67, 112 (1996);

139. A. H. Тихонов и А. А: Самарский, Уравнения математической физики // ГИ Технико-теоретической литературы, Москва 1953

140. JI. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теоретическая физика, т. IV Гидродинамика // «Наука», Москва 1986