Динамика оптического отклика доменной структуры нематика в импульсном магнитном поле

Баранник, Алексей Владимирович Базовая кафедра фотоники и лазерных технологий
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Введение ……………………………………………………………………………………………………….. 4
1 Техника и методы эксперимента. ………………………………………………………………… 7
1.1 Приготовление экспериментальных образцов ……………………………………… 7
1.2 Методы исследования ориентационной структуры НЖК и характеристик
светопропускания в магнитном и электрическом полях. …………………………… 7
2 Оптический отклик на импульсное магнитное поле …………………………………….. 9
3 Исследования светопропускания в зависимости от статического магнитного и
квазистатического электрического полей. ……………………………………………………. 12
4 Ориентационная структура нематика в доменах ………………………………………… 14
5 Распространение неполяризованного света через отдельный домен …………… 17
6 Распространение неполяризованного света через ансамбль доменов………….. 22
7 Динамика оптического отклика ансамбля доменов в импульсном магнитном
поле. ……………………………………………………………………………………………………………. 24
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 26
Список использованных источников ……………………………………………………………. 29

В электрооптических устройствах, включая дисплеи, находят широкое
применение однородные планарные, гомеотропные или закрученные слои
жидких кристаллов (ЖК), а также дисперсии нематических жидких кристаллов
(НЖК), заключенных в капсулах, порах и других ограниченных объемах.
Самым распространенным методом оптического зондирования однородных
слоев является анализ двулучепреломления, при этом ЖК слой в
плоскопараллельной ячейке помещается между поляризатором и анализатором.
Первый из элементов поляризует свет, а второй анализирует интегральную по
толщине нематического слоя величину разности фаз между обыкновенным и
необыкновенным лучами. Оптическое пропускание ЖК ячеек существенным
образом зависит от прикладываемых к ним электрических или магнитных
полей, которые изменяют преимущественную ориентацию молекул нематиков.
Кривые оптического пропускания как функции поля характеризуются
пороговыми полями Фредерикса, интерференционными экстремумами,
экспоненциальным характером в области насыщения [1].
В дисперсиях ЖК изменение оптического пропускания можно наблюдать
без использования анализатора. Оптические характеристики таких объектов
обычно рассматриваются в рамках теории рассеяния света малыми частицами
[2], при использовании которой необходимо учитывать показатели
преломления ЖК и окружающей его однородной среды. Так, при исследовании
ЖК капель, капсулированных в полимерной матрице (КПЖК), диаметром
2r  1 – 10 μm [3,4] в рамках данной теории, в приближении Рэлей-Ганса и
приближении аномальной дифракции, были описаны некоторые результаты
изменения оптического пропускания под действием электрического или
магнитного полей. Дальнейшие исследования [5,6] показали, что механизм
рассеяния в приближении аномальной дифракции остается пригодным для
описания распространения света через КПЖК пленки с размером капель вплоть
до 2r  25 μm. Оптическое пропускание света, прошедшего через КПЖК пленку
с однослойным расположением капель, во внешнем электрическом поле в
большинстве случаев сопровождается интерференционными осцилляциями и
описывается параметрами, зависящими от размера, формы и внутренней
структуры капель, а также от показателей преломления ЖК и полимера [7].
Недавно были обнаружены и исследованы домены нематических ЖК с
радиально-планарной структурой, вырастающие на поверхности поликарбоната
(ПК) при использовании растворной технологии [8,9]. Пропускание света в
доменных ансамблях показывает существенные изменения в электрических
полях и сопровождается еще более глубокими экстремумами на кривой
светопропускания, чем в КПЖК пленках. Однако домены имеют размеры
d  50–200 μm и плотную упаковку на поверхности ПК, что затрудняет
рассматривать характеристики света, прошедшего через их ансамбли, в рамках
теории рассеяния малыми частицами [2].
Также существует ряд особенностей материала, ограничивающих
возможности электрооптического метода в исследовательской практике. В
первую очередь это обусловлено тем, что объект представляют собой
диэлектрически неоднородную анизотропную среду. Расчет распределения
напряженности поля внутри домена особенно сложен в динамическом случае,
когда диэлектрические свойства меняются как вследствие внутренних
ориентационных превращений нематика во время действия управляющего
импульса, так и по причине подвижности неизбежно присутствующих
иононосителей [6]. По причине этого, в исследовательской практике для
создания квазистатического управляющего поля к электрооптической ячейке
обычно прикладывают переменное напряжение с частотой порядка 103 Hz.
Использование магнитного поля устраняет как проблему, связанную с
диэлектрической неоднородностью, так и с ионной переполяризацией слоя ЖК.
Однако, магнитооптические исследования технически более сложны ввиду
высоких значений поля насыщения в структурированном доменами слое ЖК,
достигающих десятков килоэрстед [3,4].
В ходе работы была поставлена цель: выявить особенности
распространения света через ансамбль доменов НЖК на поверхности
поликарбоната ПК при воздействии импульсом магнитного поля с амплитудой,
многократно превышающим пороговое значение.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
– изготовить экспериментальные образцы ячеек, включающих в себя
слой НЖК с доменной структурой, сформированной на поверхности ПК;
– собрать экспериментальную установку и разработать методику
измерений оптического пропускания экспериментальных образов в импульсном

В ходе исследований были получены следующие результаты:
– собраны электрооптические ячейки, включающие в себя
структурированный доменами слой нематического жидкого кристалла,
заключенного между прозрачными подложками с токопроводящим покрытием,
на одну из которых нанесен слой поликарбоната;
– собрана экспериментальная установка и разработана методика
измерений характеристик оптического пропускания исследуемых образцов в
статическом и импульсном магнитном поле. Обнаружены экстремумы
светопропускания в оптическом отклике на импульсы магнитного поля с
амплитудой до 40kOe;
– при сравнении характеристик светопропускания в случаях
статического магнитного и квазистатического электрического полей показано
качественное их согласование, что позволяет сопоставить с магнитным полем
наблюдаемые при варьировании электрического напряжения ориентационно-
структурные превращения в доменах нематика. Анализ полученных
поляризационно-микроскопическими методами текстурных картин выявил
однородную радиальную структуру поля директора нематика в доменах,
сохраняющуюся при действии электрического поля, многократно
превышающего пороговое значение. Анализ характеристик светорассеяния ЖК
ячейки в процессе формирования доменов в слое нематика не выявил связи
морфологической структуры всего ансамбля с интерференционным характером
электро- и магнитооптического отклика;
– рассмотрено распространение неполяризованного света через
отдельный домен нематического ЖК в ансамбле, к которому прикладывалось
электрическое напряжение, и получено выражение для интенсивности I
прошедшего света, содержащее разность фаз Δ между необыкновенными и
обыкновенными лучами, а также выражение, связывающее Δ с
соответствующими показателями преломления ne и no и напряжением U;
– экспериментально обнаруженные экстремумы в магнитооптическом и
электрооптическом отклике объяснены интерференцией, вследствие фазового
сдвига между неортогональными обыкновенными и необыкновенными
волнами. Эффект обусловлен фазовым расщеплением волнового фронта
двулучепреломляющей структурой домена с радиальной ориентацией
директора ЖК;
– теоретически и экспериментально описаны динамические параметры
отклика доменной структуры на импульсное воздействие. Показано, что
отношение времен реакции tR и релаксации tD в оптическом отклике достигает
значения 10-3;
– в исследованном образце при управляющем напряжении U < 1V происходит переключение между несколькими состояниями минимального и максимального пропускания неполяризованного света в полосе с максимумом λ = 0.630 μm. При соответствующей оптимизации параметров, материал может быть использован при разработке низковольтных оптических устройств без применения поляризаторов, например в информационных дисплеях с пассивно матричной адресацией, где время выключения оптического состояния должно быть много больше времени включения.

1.Blinov, L.M. Electrooptic effects in liquid crystal materials / L.M. Blinov,
V.G. Chigrinov // New York: Springer-Verlag, 1994. – 464 p.
2.Ван де Хюлст, Г. Рассеяние света малыми частицами / Г. Ван де Хюлст //
М.: Иностранная литература, 1961. – 536 C.
3.Zumer, S. Light scattering from a small nematic droplet / S. Zumer, J.W. Doane
// Phys. Rev. A. – 1986. – Vol. 34. – Pp. 3373–3386.
4.Zumer, S. Light scattering from nematic droplet: Anomalous-difraction /
S. Zumer // Phys. Rev. A. – 1988. – Vol. 37. – Pp. 4006–4015.
5.Конколович, А.В. Интерференционное гашение света, проходящего через
монослойную пленку капсулированных полимером нематических жидких
кристаллов / А.В. Конколович, В.В. Пресняков, В.Я. Зырянов, В.А. Лойко,
В.Ф. Шабанов // Письма в ЖЭТФ. – 2000. – Т. 71. – Вып. 12. – С. 710–713.
6.Barannik, A.V. Interference and ion effects in the electro-optical response of
PDNLC film / A.V. Barannik, V.F. Shabanov, V.Ya. Zyryanov, V.I. Lapanik,
V.S. Bezborodov // J. SID. – 2005. – Vol 13, №4. – Pp. 273-279.
7.Баранник, А.В. Интерференционные осцилляции в динамике оптического
отклика капсулированных полимером нематических жидких кристаллов /
А.В. Баранник, А.В. Шабанов, В.Я. Зырянов // Письма в ЖТФ. – 2002. – Т.28,
Вып.16. – С. 25-31.
8.Паршин, А.М.Доменныеструктурынематиковнанаповерхности
полимера / А.М. Паршин, В.А. Гуняков, В.Я. Зырянов, В.Ф. Шабанов // Жидкие
кристаллы и их практическое использование. – 2012. – Вып.1. – С. 42–51.
9.Паршин, А.М. Ориентационные переходы в электрическом и магнитном
поле в двухслойных структурах нематика, индуцированных поверхностью
полимера / А.М. Паршин, В.А. Гуняков, В.Я. Зырянов, В.Ф. Шабанов // Жидкие
кристаллы и их практическое использование. – 2013. – Вып.2. – С. 26–36.
10. Паршин, А.М. Оптический отклик капель нематика в полимерной матрице
на импульсное воздействие сильного магнитного поля / А.М. Паршин,
А.В. Баранник // Письма в ЖТФ. – 2009. – Т.35, Вып.24. – С. 88–94.
11. Parshin, A.M. Light transmission of liquid crystal domains formed by
polycarbonate surface / A.M. Parshin, V.Ya Zyryanov, V.F. Shabanov // Optical
Material Express – 2016. – Vol. 6 (9). – Pp. 2841–2846.
12. Паршин, А.М.Конфигурациидиректоравструктурахнематика,
адсорбированного на поверхности полимера / А.М. Паршин, В.Я. Зырянов,
В.Ф. Шабанов // Жидкие кристаллы и их практическое использование. – 2015. –
Вып.1. – С. 56–65.
13. Паршин, А.М.Структурированиеповерхностногослояпленки
поликарбоната/А.М. Паршин,В.Я. Зырянов,В.Ф. Шабанов//
Высокомолекулярные соединения. Серия C. – 2018. – Т.60. – №1. – С. 27–36.
14. Vicari, L. Liquid-crystal layer between rough polymeric surfaces / L.J. Vicari //
Opt. Soc. Am. B. – 1999. – Vol. 16 (7). – Pp. 1135–1138.
15. Де Жен, П. Физика жидких кристаллов / П. Де Жен // М.: Мир, 1977. –
400 C.
16. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф // М.: Наука, 1973. – 720 C.
17. Parshin, A.M. Alignment of liquid crystals by polymers with residual amounts
of solvents / A.M. Parshin, V.Ya Zyryanov, V.F. Shabanov // Scientific Reports –
2017. – Vol. 7. – Pp. 3042.
18. Bunning J.B. The effect of molecular biaxiality on the bulk properties of some
nematic liquid crystals / J.B. Bunning, D.A. G rellin, T.F. Faber // Liq. Cryst. – 1986.
– Vol. 1. – Pp. 37–51.
19. Bradshaw, M.J. The Frank constants of some nematic liquid crystals /
M.J. Bradshaw, E.P. Raynes, J.D. Bunning, T.E. Faber // J. Phys. France. – 1985. –
Vol. 46 (9). – Pp. 1513–1520.
20. Беляев, В.В. Вязкость нематических жидких кристаллов / В.В. Беляев // М.:
Физматлит. – 2002. – 224 C.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Исследование структуры и свойств биоинертных сплавов системы Ti-Nb
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Кальций-фосфатные мишени для ВЧ-магнетронного осаждения биосовместимых покрытий
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)