Синергетические явления и электрооптические эффекты в жидких кристаллах в сильных электрических полях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

р - ^ л -

I I ь' (./ , |

СЛНКТ-ПЕГЕРБУРГШЙ ГОСУДЛРСЯВНШП УНИВЕРСИТЕТ

На прпрах рукописи

ХАТАИ311Ч Владислав Израилович

УДК 548.0:532.783

' СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ЭЛЕХГРООПТИЧЕСКИЕ ЭИИГШ В К1ЩКИХ КРИСТАЛЛАХ В С11ШИХ ■ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

Специальность 01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Научно-производственном объединение космических исследований (Баку)

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор С.А.Пикин; ■ кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник А.А.Аббас-заде

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

B.Г.Чигринов;

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

C.Г.Полунин

Ведущая организация - Государственный оптический институт (Санкт-Петербург)

Защита состоится *0?Г 1994г. в I^ час ЛОмнн

на заседании специализированного Совета Д.063.57.32 по защите диссертаций насоисйание ученой степени доктора физ.-мат. наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке имени А.Ы.Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9

Автореферат разослан

,15 Ло^рл.

1993г.

Ученый секретарь специализированного

Совета Д.063.57.32

доктор физико-математических наук

В.А.Соловьёв

СЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность теми. Макроскопические структурны; превращения жидких кристаллов (НК) в электрических полях, приводящие к разнообразным электрооптическим эффектам, впервые наблюдаемые ецр в 30™е роды В.К.Оредериксом и 3.Л.Цветковым, начали интенсивно исследоваться в конце годов. Особое место в исследовании не-устойчивостей ЖК среды в электрических нолях занимают явления диссипативной электрогидродинамической (ЭГД) неустойчивости, приводящие к различньм пространственно-временным структурам. Число типов неустойчивости Ж в электрических полях велико и зависит от материальных параметров вещества, граничных условий, частоты и амплитуды внешнего электрического поля. Их исследования отражены в большом количестве статей и ряде монографий. Систематизация различных ЭГД эффектов дана в работах Л.II.Блинова, С.А.Пикнна, В.Г. Чигринова и др.. Однако эти как теоретические, так и экспериментальные исследования в основном затрагивали ситуация вблизи порога неустойчивости. Наиболее сложной и наименее изученной областью ориентационных кеустойчивостей является нелинейное поведение диссипативной среды выше порога неустойчивости: '¡¿ало изучены кинетические аспекты ориентационных переходов меаду различными макроскопическими состояниями Ж, процессы перехода к развитой турбулентности, взаимодействие пространственных и волновых структур, влияние граничных условий на надпороговые нелинейные явления в Ж, элеятрооптические свойства в сильных полях.

Динамические явления в слоях ЯК, представляющих собой кинетические распределенные среды, в которых осуществляется нелинейное взаимодействие между ориентацией и течением, управляемое электрическим полем, долкны представлять несомненный интерес для синергетики - теории самоорганизации, в круг задач которой входит изучение процессов роздения, перестройки и разрупения (хао-тизации) пространственно-временных структур в неравновесных системах. Многообразие фора проявления синергетических явлений в КК, приводящее к соответствующему изменению их оптических свойств, открывает широкие возможности в конструировании различных устройств отображения и обработки информации.

Целью работы являлось систематическое исследование процессов образования, развития, перестройки и разрушения пространст-

пенно-временных макроскопических структур при различных типах неустойчивости нематических и смектических А ЙК в электрических полях, б том числа перехода к ориентационной турбулентности, и электро- и электротермооптических ¡эффектов, обусловленных этими явлениями. Рассмотрение подобной задачи стимулировалось и тем обстоятельством, что исследуемые активные среда являются удобной моделью для изучения сложных нелинейных систем с переменной структурой (в том числе и с "памятью") и могут сыграть ваяную роль в развитии идей синергетики.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

1. Установлен ряд особенностей н дпорогового поведения НКК с низкой электропроводностью в сильном постоянном поле не наблюдаемых с легированных образцах или в низкочастотном поле.

2. Впервые обнаружены и исследованы электротермооптические эффекты б легированных ионной примесью ШС, основанные на фазовых переходах благодаря диссипации эиергии в электрическом поле нормальном 1С слою. Предложен новый удобный метод изучения структуры и неустойчивости распространяющегося мекфаэного фронта в Ж.

3. Для различных частотных о'бластей ЭГ'Д неустойчивости в не-матиках экспериментально установлена последовательность неравновесных переходов с ростом надкритичности. Обнаружены и исследованы новые крупномасштабные диссипативные структуры в турбулентной среде.

4. Впервые проведены систематические исследования процессов зарождения и пространственного развития ориентационной турбулентности (мода вторичного динамического рассеяния ДР-2) в неыатиках

в электрическом поле. Среди распределенных неравновесных сред ' данная система является первой, где можно реализовывать анизотропные стохастические автоволны, скоростью и анизотропией скорости которых можно управлять в широком пределе при изменении амплитуды и частоты внешнего поля.

5. Впервые обнаружен и исследован нелинейный эффект управления ориентационной бистабильностью слоя НЖ со слабы,1 поверхностным сцеплением путем возбуждения в электрическом поле автоволн перехода к ориентационной турбулентности.

6. Изучены электрооптические свойства и спектральные характеристики эффектов светорассеяния в нематиках и смектиках А. с

учетом иерархии структурных превращений при варьировании в широком пределе частот» и амплитуды внешнего поля, толщины слоя и температуры (включая область пониженных температур).

Практическая ценность работы.

1. На основании проведенных систематических исследований электрооптических свойств различных ЭГД явлений в НК даны рекомендации по выбору оптимальных режимов работы'устройств на основе эффектов управляемого светорассеяния, в частности, в диэлектрическом режиме неустойчивости в высокоомных тематиках.

2. Разработаны модуляторы (световые клапаны) оптического излучения в видимой и ИХ областях спектра на основе ЭГД эффектов в НЖК.

3. Предложен способ термоэлектрооптической записи на смек-тике А на основе конфокально-гомеотропного перехода непосредственно в 5а -фазе.

4. Предложены различные типы КК устройств для управления пространственной структурой световых пучков (управляемые диафрагмы, управляемая запись кольцевых структур на смектиках А) на основе обнаруженных электротермооптических эффектов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Поведение пленарной текстуры ШК с низкой электропроводностью в сильном постоянном поле определяется рядом особенностей: наличием режима предельного тока; затуханием режима динамического рассеяния (ДР), вплоть л,о полного подавления неустойчивости;, своеобразной кинетикой переходных процессов, связанных с злек-тродиф£узионньми явлениями.

2. Электротермооптические эффекты, основанные на фазовых переходах в сильно легированном ионной примесью слое ЖК за счет диссипации энергии в электрическом поле нормальном к слою. Новый метод изучения структуры и неустойчивости распространяющегося в электрическом поле мекфазного фронта.

3. При ЭГД неустойчивости планарно ориентированного слоя НЖК переходу к ориентационной турбулентности с ростом нздкритич-ности предшествует определенная последовательность неравновесных переходов, зависящая от частотного регетма неустойчивости. В диэлектрическом реетле, в области развитой турбулентности, формируются крупномасштабные диссипативные структуры.

4. Переход к развитой ориентационной турбулентности при ЭГД неустойчивости нематиков (мода ДР-2) имеет пороговый характер, проявляется локально и приводит к резкому изменению оптических и релаксационных свойств среды. Закономерности распространения стохастических автоволн перехода; способ оценки характерного масштаба турбулентности, основанный на изучении скорости распространения автоволн. В случае слабого поверхностного сцепления с помощь» возбуждения моды ДР-2 можно обратимо управлять ориентационной бистабильностью в системе.

5. Условия выбора управляющих, внешних и граничных параметров для достижения элективных сйвторассеивающих (в видимой и

ПК областях спектра) и временных характеристик ЭГД эффектов в нематиках и смектиках А в сильных полях.

6. Применение сине-ргетических явлений в диссипативной Щ среде для создания оптоэлектронных ВК устройств отображения и обработки информации.

Апробация результатов. Результаты работы докладывались на УН (Бордо, Франция, 1978), УШ (Киото, Япония, 1980) Мекдуна-родних конференциях по жидким кристаллам; на II (Солнечный берег, Болгария, 1977), 1У (Тбилиси, 1981), У1 (Галле, ГДР, 1965), УН (Пардубице, ЧССР, 1987), УIII (Краков, ПНР, 1989) Международных конференциях социалистических стран по жидким кристаллам; на Европейской летней конференции по жидким кристаллам (Вильнюс, Литва, 1991); на 1У (Иваново, 1977), У (Иваново, 1985), У1 (Чернигов, 1988) Всесоюзных конференциях по жидким кристаллам; на совещании "Надаолекулярная структура и электрооптика жидких кристаллов" (Славск, 1985); на У и У1 (Пущино, 1986, 1288) Всесоюзном совещании "Жидкокристаллическое состояние в биологических системах и их моделях"; на Всесоюзном семинаре "Математические и вычислительные методы в биологии" (Пущино, 1985); на Всесоюзном совещании "Электрооптика граница раздела НК-твердое тело" (Москва, 1985); на I (Москва, 1987) и II (Красноярск, 1990) Всесоюзных семинарах "Оптика жидких кристаллов"; на Республиканской конференции "Жидкие кристаллы и их применение" (Баку, 1988); на междисциплинарном семинаре "Синергетика" (МГУ, 1988), а также на научных семинарах в ряде организаций.

Публикации. Но теме диссертации опубликовано 37 печатных работ, список которых приведен в конце.реферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Общий объем диссертации 193 страницы, включая 66 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 185 наименований.

.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель работы, излагаются научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава представляет собой литературный обзор. Приведены сведения о физических свойствах нематических и смекти^еских A M и типах неустойчивости'их-в электрических полях. Изложена современная классификация ЭГД эффектов в НЖ в постоянных и переменных полях и анализируются условия возникновения различных типов неустойчивости, включал сложные реяимы, связанные с наложением мод. Рассматривается диссипативная неустойчивость в электрическом поле смектиков А.

Кратко иэлоиены основные задача быстро развивающейся области междисциплинарных исследований -синергетике. Рассмотрены автоволновые процессы в активных средах, основные сценарии развития хаоса-турбулентности в диссипативных средах. Отмечается, что уравнение движения директора в ШК соответствует общему эволюционно-• МУ уравнению диффузионного типа, характерному для рассмотрения синергетических явлений в неравновесных средах.

Рассматривается эволюция ЭГД неустойчивости в НКК с отрицательной диэлектрической анизотропией 0 для режима доменпи Капустина-Вильямса. Приводятся экспериментальные данные, связан. ные со структурными перестройками при развитии турбулентности и проблемой эволюции пространственно-временного спектра с ростом внешнего поля,и качественные соображения и оценки, относящиеся к проблеме перехода к турбулентности. Анализируются экспериментальные данные по.кинетическим аспектам переходных процессов и явлению ДР-2, связанному с рождением крупномасштабных ориента- ■ ционных дефектов в турбулизированной среде.

Дан обзор по некоторым областям применения 5SK материалов в устройствах отображения и обработки информации. Анализируются электрооптические эффекты, обусловленные ЭГД,явлениями в ЕК.

Вторая глава носит методический характер. Описаны использовавшиеся в работе жидкокристаллические вещества и метода их

ориентации. В основном эксперименты проводились на хорошо изученных нематиках (ЫББА, смесь МББА и ЭББЛ, ЖК-440) с £а<0 и шектиках А с 6а>0. Использовались также сложные композиции, обладающие нематической и смектической А фазами. Для получения электропроводности в диапазоне Ю"^ < (Г< 5 Ю-*3 Ом см~* вещества легировались ионной примесью тетрабутиламмоний бромистый. Исследование ЖК и измерение их параметров проводилось в плоских ячейках сэндвичевого типа. Толщина слоя Ж изменялась в пределах 3-100 мкм. Достигались различные типы однородной ориентации ЖК (пленарной, гомеотропной, наклонной) с различной энергией поверхностного сцепления , получаемой комбинацией методов обработки поверхности стеклянных подложек, покрытых слоем'¿п02 (чистка, натирание, поверхностно-активные вещества).

Электрооптические и электрофизические измерения образцов проводились в диапазоне температур от -40 до +Ю0°С. Значения (Ги& находились по величинам сопротивления и емкости ячейки с Ж с известными геометрическими размерами. Емкостной метод использовался для получения информации об интегральном изменении ориентации1! молекул, особенно для систем с"памятью" . Большая часть экспериментального материала получена на собранной нами на основе поляризационного микроскопа установке, позволяющей одновременно проводить наблюдение (фотографирование) и исследовать пропускание света, в том числе в локальной области. Другая стандартная поляризационно-оптическая установка, позволяла измерять интенсивность прошедшего через Ж образец света Не - лазера от амплитуды, частоты и формы приложенного напряжения, толщины образца, температуры-.

Спектральные характеристики в видимой и ближней ПК области снимались на спектрофотометре 05-26 (0,4-1,2,ыкм). ИК-спектры снимались на спектрофотометре фирмы "Карл-Цейс-Йена" 2ресотс/751й (2,5-25 мкм). Оценка размеров рассеивающих областей в режиме ДРС производилась на основе теории Ми рассеяния света частицами, путем изучения спектральной зависимости пропускания в ИК-области.

В третьей главе реосматриваются равновесные и неравновесные ориентационные переходы в НЖК с 6Л< 0, обусловленные как полевым воздействием, так и, главным образом, диссипативныа изменения среды, благодаря взаимодействию ионной подсистемы с внешним полем для специальных случаев (низкая и высокая электропровод-

ность, пониженные температуры, сильные поля).

§1 посвящен изучению кинетики индуцированной полем деформации и упругой, а также.упруго-полевой релаксации при ориентаци-онном фазовом переходе Фредерикса II рода в зависимости от спо-■ соба создания исходной гомеотропной ориентации, толщины образца (с( =5-50 мкм) и степени надкритичности А= 1]/и„. Показано, что спссоб задания исходной ориентации Н&К ЫББЛ и КК-440) и толщина слоя слабо влияют на порог перехода 1/„ , что в соответствии с теорией свидетельствует о достаточной жесткости сцепления даяе в наиболее тонких образцах (экстраполяционная длина ^=5 где К1Ъ-константа упругости нематика). Лить для ячеек, в к горых гомеотропнал ориентация получена тщательной очисткой стекол, условие жесткости, по-видимому, нарушается и оценка энергии сцепления дает значение 1//< 6 10"^ эрг/см^. Показано критическое замедление времен релаксации Тр при подходе к порогу как сверху, ' так и снизу в соответствии с выражением для времен релаксации параметра порядка вблизи критической точки: где

% — ~ зремл упругой релаксации при Ц=0, - ори-

ентационная вязкость.

В §2 приводятся результаты исследования порогов неустойчивости планарных нёматиков в постоянном и переменном полях при пониженных температурах (до -40°С). Исследовались образцы,эвтекти-' ческой смеси МЕБА и ЭББА и Ш-440 с исходной электропроводностью (Г=10"9-Ю"10 Ом-1 см-1 (Г=25°С). Показано, что порог как проводящего, так и диэлектрического режимов ЭГД неустойчивости при ^-^О слабо зависит оу температуры (рис.1). Отсутствие отсечки режима ДРС в постоянном поле при охлавдении тонких образцов, несмотря на значительнйе уменьшение 10'^ объясняется тем, что понижение (Г компенсируется примерно соответствующим увеличением еязкости ^ , т.к., согласно теории, порог отсечки проводящего режима ¿У„г~ (6~<2)"г. Эффективность ДРС слабо зависит от интенсивности движения жидкости и определяется ориен-тационной структурой возмущенной среды, в том числе образованием дефектов. Показано, что образование доменов в постоянном поле при низких температурах, в условиях визуального отсутствия дви-. жения жидкости (число Рейнольдса /?е ~Ю-9) можно объяснить на основе теории Карра-Хелфриха.

Рис.1.

Частотные зависимости порогового напряжения ЭГД неустойчивости при различных температурах. ЖК-440, с{ =20 мкы. 1-Т= +2Ь, 2, 5 -10, 3, 4 —19, 6--22°С: • - С.-3 10 10, х

3 10

-9

0м

* • 12 16 »

Г",Г«

В §3 исследовались вольтамперные характеристики (ВАХ) и поведение ШК с низкой электропроводностью в сильных полях, значительно превышающих порог 1/„ электроконвективной неустойчивости. Установлен ряд особенностей поведении планарной текстуры НКК ( с\ =25 мкы) с С< 10"^® Ом~^см : наличие режима предельного тока; затухание рекима ДРС при Ц> II » , вплоть до полного подавления неустойчивости при ¿/^¿£>£/"Чрис.2); своеобразная кинетика переходных процессов, связанная с протеканием медленных электродиффузионных явлений. Отмечается качественное различие в изменении тока через образец при разных значениях V .

Значение С?"2 соответствует теоретически предсказанному порогу дестабилизации проводящего режима ЭГД неустойчивости. При

Рис,2. ВАХ (I) и зависимости относительного пропускания от И при (2) и елпй (2 ) для "смеси МББА и ЭББА. На вставке -зависимость при различных Ц (3-30, 4-60, 5-90В)

XI > I/ реализуется режим управляемой полем нестационарной ори-ентационной структуры, характерный размер Ар которой" убывает как А0~ Обнаружено развитие кратковременной вторичной неус-

тойчивости после снятия поля и предложен механизм ее возникновения, основанный на развитии электродиффузионной неустойчивости в процессе медленной ( = £ 57С> ■—10-30 мс) релаксации объемного заряда.

§4 посвящен исследованию обнаруженного нами электротермооп-тического эффекта в ЖК, заключающегося в том, что электрическое поле реализует определенный электрооптический эффект и одновременно осуществляет внутренний нагрев и фазовый переход в тонком слое легированного ионной примесью вещества. При изменении управляющего напряжения в пределах У =20-100 В изменение температуры образца (СГ^ Ом^см-^, о! =20 мкм) составило лТ=2-15°С. Для плоского цилиндрического образца эффект наблюдается в виде зарождения и роста из центра образца одиночной волны фазового перехода, имеющей форму круга. Для МББА осуществляется переход между нематиком в режиме ДРС и изотропным состоянием. 'Аз условия баланса тепла получены оценки критического напряжения для реализации эффекта и времени разогрева в поле для совершения фазового перехода, которые согласуются с экспериментальными данными для МББА. Предложен новый удобный метод изучения структуры и нестабильности движущегося фронта волны фазового перехода в НК. Для фазового перехода нематик-изотропная жидкость, являющегося фазовым переходом I рода, характерно наличие нестабильной гетерогенной межфазной зоны шириной ^ ».

Четвертая глава посвящена исследованию иерархии диссипатив-ных структур и переходу к ориентационной турбулентности немати-ков л смектиков А в переменных полях и электрооптическим свойствам сред , обусловленным этими явлениями.

В §1 для различных частотных режимов ЭГД неустойчивости планарно ориентированного НЙК с Ь^О, на основе оптико-поляризационных исследований установлена последовательность неравновесных переходов и диссипативных структур с ростом кадкритичности к« и/1/п>1 и выявлены точки бифуркаций. Отмечается, что переходы к трехмерной сеточной структуре (порог £/, ) и моде ДР-2 (порог С/^) в низкочастотном ( 1/СГв ) режиме, по-види-

кому, можно рассматривать как неравновесные переходы по типу фа-

зовых переводов I рода, характеризуемых ыетастабильностыо. В образцах с низкой С" обнаружены и и следовали новые крупномасштабные диссипатЙБНые структуры в турбулентной среде. Построена фазовая диаграмма переходов на шкале f , 17,-

§2 посвящен систематическому исследованию процессов локального зарождения и. пространственного развития при ¿/> 1/£ моды ДР-2 с зависимости от внешних параметров ( ^/с , I//(/^ ), начальных ( с( ) и граничных ( 11„) условий. Переход между двумя турбулентными состояниями (ДР-1 и ДР-2) предложено рассматривать как ав--. товойновой процесс перестройки ориентационной структуры сильнонеравновесной распределенной НЕК срода. Впервые экспериментально установлены зависимости порога от ^ и сI > скорости распространения стохастических аниаитропных автоволн в плоскости слоя хд от I/ , с/ и исходной ориентации П0 и параметра анизотропии /А = Уу/О^от Пр) ^и Обнаружена сильная зависимость параметра от-^ в переходной области частот 0,5^ ^ ^ ^ . . Для низкочастотной неустойчивости: 1/г — 4-Ц, и слабо зависит от С{ ; =: (X; где 0(; -параметр, зависящий от_/10и с!

(«-Л"1), ¿ = параметр /Г =1 (^=(0,0,1)), у" =1,76 < (Тс , 0,0)), =0,59 (ТГи =(£05(9^ , О, £;»/<?)) и нз зависит от ¿7 (рис.3). Получены соотношение, связывающее скорость распространения и с характеристическими пространственно-временными масштабами турбулизированной среды и оценка скорости Ц~ иК"г/$с/ I качественно согласующаяся с экспериментальными данными.

В §3 исследованы электрооптические свойства ШК для различ-

на « и и ,, _ ™

Рис.З Зависимость Ц([/) в НББЛ при исходной пленарной ориентации. с( «=60 мкм, Т=26°С, I- их, 2-ау. На вставке- «хС^-

матиков, обусловленные ориентационнши осцилляциями директора на частотах £ в полях различной формы. Показано,' что с ростом надкритичности амплитуда в -осцилляций (в плоскости поле /Е II Я ) усиливается и при £/ наряду с <Э -осцилляциями происходят и азимутальные ^-осцилляции директора, которые должны приводить к твист деформации структуры и, по-видимому, обусловливают локальное появление петель дисклинаций (мода ДР-2). Установлен оптимальный режим возбуждения для осуществления эффективной и'высокоскоростной модуляции света.

Показано, что в планарных образцах оптическая анизотропия среды для поляризованного света, имеющая место при ДР-1, после установления ДР-2 существенно уменьшается. Оцьнены размеры Г неоднородностей, характеризующих турбулентное состояние. Показано, что в области ДР-2 (4</(^10) зависимость Т(С1~)бтзк&. к линейной и согласуется с зависимостью от О характерного размера Д вихревого движения, полученной по данным изучения скорости распространения автоволн перехода к ДР-2.

В §4 описывается обнаруженный эффект управления пространственной самоорганизацией слоя нематика с помощью возбуждения автоволн перехода к ДР-2 в образцах с^ слабым поверхностным сцеплением. Показано, что путем перевода образца в состояние ДР-2 и последующей его релаксации, можно в зависимости от частотного режима возбуждения обратимо изменять исходную ориентацию от ква-зипланарной к наклонной (рис.4). При этом можно управлять направлением модуляции доменной структуры, возникающей у порога, и параметром анизотропии % 1 . Изучены электросптические свойства бистабильной системы. Предложен механизм эффекта, основанный на разрушении в образцах со слабым сцеплением приповерхнос-

300 5,Гц

ш е* =

Домгнм «г» и* и»

Рис.4, (а) Частотные зависимости порогов ¿/„(I) и £/а (2). МББА,

¿«15 мкм." (б) Схема управления бистабильностью в системе

тной ориентации в условиях раггитой турбулентности. Отмечается, ' что данная система- пример конструктивного использования хаоса для управления структурообразованием.

§5 посвящен изучению развития ЭГД неустойчивости и структур, ных преобразований с.памятью в гомеотропно ориентированных смек-тиквх А с £^>0 (КК из класса сложных офиров и их смесей с 5ЦБ). Пространственное развитие неустойчивости можно рассматривать как неравновесный переход, связанный с зародышеобразованием. Скорость Ц. распространения центров неустойчивости зависит от при-, ложенного напряжения: Ц. — (11- 1/п) , где (X -параметр, зависящий от температуры. С ростом надкритичности /<^>1 пространственная картина установившегося состояния изменяется от небольшого числа локализованных рассеивающих областей ( кы 1 ) к мозаичной сети и далее к сплошной турбулизированной ориентационной структуре ' к^ 1,3). Путь к турбулентности, по-видимому, соответствует переходу через перемежаемость. Установлено, что пространственный спектр неоднородностей в динамическом режиме и после сня- , тия поля (конфокальная текстура) различается слабо и ограничен сверху размером порядка I мкы.

Пятая глава посвящена применению электро- и термоэлектрооп-тических эффектов на основе синергетических явлений в КК в устройствах оптоэлектроники. В §1 на основе проведенных систематических исследований ЭГД явлений в НЗШ даны рекомендации по выбору режима работы эффектов управляемого светорассеяния в различных устройствах. Рассмотрено влияние моды ДР-2 на электрооптические характеристики. Показана перспективность использования эффекта ДРС в тонких высокоомных образцах на частотах f > 5 .

В §2 приведены результаты исследования характеристик модуляторов оптического излучения в видимой и ПК-области спектра на основе управляемого светорассеяния при различных режимах возбуждения ЭГД неустойчивости в НЗКК. На основе ориентационных осцилляции директора в режиме высокочастотной неустойчивости реализован высокоскоростной ( кГц), простой в управлении и экономит 1й модулятор как лазерного излучения, так и широкоапер-турньгх пучков белого света. Предложен' низкочастотный широкоапер-турный ИК-модулятор в области длин волн \ =1-6,5 мкм. а также на длине волны Л =10,6 мкм.

В §3 предложен новый способ термоэлектрооптической записи

на смектике А о £а>0 на основе конфокально-гомеотропного перехода непосредственно в -фазе для вещества с фазовыми переходами С — вд—] . Запись основана на использовании сильной температурной зависимости порога конфокально-гомеотропного перехода вблизи температуры . Стирание записанной информации (переход к рассеивающей конфокальной текстуре) осуществлялось стимулированием ЗГД неустойчивости. Установлено,-что при охлаждении образца в твердокристаллическое состояние области с различной прозрачностью долговременно сохраняются с высоким разрешением.

В §4 на основе обнаруженных электротермооптических аффектов предложены различные типы Ж устройств для управления пространственной структурой световых пучков. На основе фазового перехода N ~ I в веществе с £о<0 предложена электрически управляемая диафрагма. Изменяя величину напряжения ( £/ =30-60 В) и, соответственно, степень нагрева слоя, можно управлять размером круглого прозрачного участка с I -фазой. Предложен способ записи на смектнках А различных кольцевых структур с долговременной памятью для управления оптическим излучением. Способ осно- ■ ван на использовании фазового перехода ¿д- в веществе с ,£о>0 (8ЦБ) и позволяет записать серию концентрических окружностей с управляемым размером между кольцами, который может достигать нескольких десятков мкм.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ И ВНВОДЫ

1. Иследованы электропроводность и пороги неустойчивости нематиков с 0 в постоянном и переменном полях при пониженных температурах (до -40°С). Показано, что образование доменов в постоянном поле можно объяснить на основе теории Карра-Хелфриха. Установлено, что эффективноеть ДРС слабо зависит от интенсивности движения жидкости и определяется ориентационной структурой среды.

2. становлены особенности поведения пленарной текстуры НЖК с низкой электропроводностью в сильном постоянном поле: на личие режима предельного тока; затухание режима ДРС с ростом напряжения, вплоть до полного подавления неустойчивости; своеобразная кинетика переходных процессов, связанных с протеканием электродиффузионных явлений.

• .3. Установлена последовательность неравновесных переходов при эволюции различных типов ЭГД неустойчивости пленарного слоя НВД{ с £а< 0 от двумерной структуры к ориентационной турйулент-

поста. Обнаружены и изучены крупномасштабные диссипативные струн-туры, образующиеся в турбулентной среде.

4. Впервые проведены систематические исследования процессов зарождения и пространственного развития ориентационной турбулентности (мода ДР-2) при ЭГД неустойчивости неглатиков. Предложено рассматривать переход от ДР-1 к ЛР-2 как автов'олновой процесс в сильнонзрам-ювесной распределенной среде. Экспериментально установлены закономерности такого перехода. Получена оценка скорости распрстранения волны и предложена методика получения информации, о характерных пространственно-временных модах турбулентной среды, основанная на изучении скорости распространения.

5. Обнаружен и исследован нелинейный эффект управления ориентационной бистабильностью и пространственной модуляцией слоя НЖК со слабым поверхностным сцеплением путем возбуждения в элек-триче: ком поле автоволн перехода к ориентационной турбулентности.

6. Впервые обнаружены и исследованы электротермооптические эффекты, основанный на фазовых переходах в легированных ионной примесью ЯК, за счет диссипации энергии в электрическом поле, нормальном к слов. Предложен новый метод изучения структуры и неустойчивости распространяющегося в электрическом поле мекфаз-ного фронта.

7. Установлены оптимальные режимы возбуждения различных ЭГД эффектов в НЖК' для достижения эффективных еветорассеивающих, временных и модуляционных характеристик в видимой и ИК областях спектра при варьировании амплитуды, формы и частоты управляющего напряжения, толщины слоя и граничных условий.

В. Экспериментально установлены закономерности развития диссипативной ориентационной турбулентности в смектиках А с £ч>0 в переменном электрическом поле. Показано, что спектр неоднород-ностей турбулентного состояния к конфокальной структуры после снятия поля различается слабо к ограничен сверху размером--! мкм.

9. Даны рекомендации по использованию исследованных электро- и термоэлектрооптических эффектов в Ш в устройствах отображения (1 обработки информации. Предложен способ терыоэлектро-оптической записи на смектике А и КК устройства управления оптическим излучением (пространственные и временные модуляторы).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Чирков B.H., Хатаевич В.И.. Зейналль: А.Х. Вторичное рассеяние света в нематических жидких кристаллах. - Кристаллография, 1977, т.22, в.4, с:809-815.

2. Султанов O.K., Хатаевич В.И., Зейналлы А.Х. Электрогидродинамические и орйентационные эффекты в сиектике А с положительной диэлектрической анизотропией. - Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции "Жидкие кристаллы и их практическое использование", Иваново, 1977, с.69.

3. Хатаевич В.И., Зейналлы А.Х. Диссипативные структуры в турбулентном движении жидких кристаллов. - Письма в ШЭТЗ, 1978,

_ .Z.27. в.8. с.434-437. _______ . ....... ' .4. Hatayevich V.l., 2einally А. Н. Electrohydrodynamic effects in weak;-boundary anchoring nematic liquid crystals.-7th Liquid Crystal International Conf.. France. 1S78, Abstracts, DP13.

5. Хатаевич В.И., Пикин С.А., Тихомирова H.A., Зейналлы А.Х.' Нелинейные эффекты в нематиках выше порога электрогидродинамической неустойчивости.- Письма в ЖЭТФ, 1978,т.28,в Л,с.13-16.

6. Вистинь Л.К., Зейналлы А.Х., Хатаевич В.И. Неустойчивость нематических,жидких кристаллов в электрическом поле при пониженных температурах.- Кристаллография, 1980,т.25, в.2,с.337-343.

7. Хатаевич В.И., Касимзаде Т.М., Джагубов P.P. Автоволновой процесс при электрогидродинймической неустойчивости жидких кристаллов. - Тезисы докладов 1У Конференции соц. стран по жидким кристаллам, Тбилиси-, 1981, F-53, с.108.

8. Аббас-заде А...., Хатаевич В.И. Термоэлектрооптические эффекты с памятью в смектической А фазе жидких кристаллов. - Докл. АН Азерб.ССР, 1987, т.43, в.1, с.29-33.

9. Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И. Стохастические автоволновые

■ процессы в нематических жидких кристаллах. - Кристаллография, 1987, т.32, в.2, с.433-439.

10.Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И. Модуляция оптического иалучения на основе нематических жидких кристаллов. - Препринт НПО КИ, »23, Баку, 1987. -34с.

11.Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И., Рустамова Г.З. Влияние температуры и электрического поля на оптические характеристики некоторых гомологов ряда п-н-адкоксибензоЯноЯ кислоты. - Дскл. АН Азерб.ХР, 1987, т.43, в.И, с.30-33.

12.Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И. Электрооптические свойства не-матиков в диэлектрическом режиме электрогидродиншическоЙ не-

устойчивости.- Кристаллография, 1988,т.33, в.4, с.976-980.

13. Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И., Рустамова Г.З. Кинетика перехода Фредерикса в нематических жидких кристаллах с отрицательной диэле'-трической анизотропией. - Сообщения НПО КИ, Баку, 1988, с.194-201.

14. Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И , Рустамова Г.З. Электротермо-оптические эффекты в жидких кристаллах. - Письма в КГФ,

. 1989, т.15, Б.6, с.22-26.

15. Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И. Характеристика быстродействующего модулятора света на основе ориентационных осцилляций в нематических кристаллах.- Опт.механ.пром., 1989,№6, с.17-18.■

16. Хатаевич В.И., Аббас-заде A.A., Рустамова Г.З. Некоторые характеристики эффектов светорассеяния в нематических жидких кристаллах в ИК области.- Сообщения НПО КИ, Баку, 1989,

с.208-214.

17. Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И. Переходные процессы при электрогидродинамической неустойчивости цематиков. - Структура

и свойства жидких кристаллов. Межвузовский сборн.науч.тру-чов. Иваново, 1989, с.75-83.

18. Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И. Надпороговое поведение нематических жидких кристаллов с низкой электропроводностью в постоянном электрическом поле. - Докл. АН Азерб.ССР, 1989, т.45, в.6, с.15-19.

19. Khatayevich V.l. Pikin S.A.. Abbas-zade a.a. Electric field control Ыstability and local Fredericks transition in nematic liquid crystals. - Hoi. Cryst. Uq. Cryst. . iSSO. v.162, p. 83-87.

20. Хатаевич В.И., Аббас-заде A.A. Переход к ориентационной турбулентности смектиков А в электрическом поле. - Сообщения НПО КИ, Баку, 1990, с.179-185.

21. Аббас-заде A.A., Хатаевич В.И., Рустамова Г.З. Пространственная модуляция оптического излучения на основе электротер-

ооптических эффектов в жидких кристаллах, - Тезисы докладов II Всесоюзного семинара "Оптика жидких кристаллов", .Красноярск, 1990, с. 179-180.

Отдельные результаты диссертационной работы опубликованы также в материалах-Международных, Всесоюзных и Ресцубликанских конференций и совещаний (см. раздел "Апробация результатов").