Динамика оптического отклика доменной структуры нематика в импульсном магнитном поле

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 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.