Будь умным!

У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

тематичних наук Харків ~ Дисертацією є рукопис Робота виконана у відділі

Работа добавлена на сайт samzan.net:


НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

НАУКОВО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ КОНЦЕРН “ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ”

ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ

Півненко Михайло Миколайович

УДК 537.226.4:532.783

РЕЗОНАНСНИЙ ЕЛЕКТРОКЛИННИЙ ЕФЕКТ

В СЕГНЕТОЕЛЕКТРИЧНОМУ РІДКОМУ КРИСТАЛІ

В ПЛАНАРНІЙ КОМІРЦІ З РУХОМОЮ ВЕРХНЬОЮ

ГРАНИЦЕЮ

Спеціальність 01.04.15 –фізика молекулярних та рідких кристалів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Харків –

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі сегнетоелектричних рідких кристалів Інституту монокристалів НАН України.

Науковий керівник —  кандидат фізико-математичних наук,

ФЕДОРЯКО Олександр Петрович,

Інститут монокристалів НАН України,

старший науковий співробітник

Офіційні опоненти —  доктор фізико-математичних наук,

ЛИСЕЦЬКИЙ Лонгін Миколайович,

Інститут монокристалів НАН України,

провідний науковий співробітник

    кандидат фізико-математичних наук,

КОВАЛЬЧУК Олександр Васильович,

Інститут фізики НАН України,

старший науковий співробітник

Провідна установа —  Національний університет ім. Т.Г. Шевченко, м. Київ,

кафедра теоретичної фізики.

Захист відбудеться 15 березня 2000 р. о 14 год, на засіданні Спеціалізованої Вченої ради Д 64.169.01 в Інституті монокристалів НАН України за адресою: 61001, м. Харків-001, проспект Леніна, 60.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту монокристалів НАН України.

Автореферат розіслано 15 лютого 2000 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої ради Д 64.169.01,

кандидат технічних наук   Атрощенко Л.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дисертаційної роботи. Відкриттям сегнетоелектричних властивостей в хіральному смектичному рідкому кристалі було започатковано дослідження та застосування нового класу матеріалів —сегнетоелектричних рідких кристалів (СРК). Завдяки їх діелектричним властивостям та великій рухомості молекул, СРК дуже чутливі до електричного та магнітного поля і саме ця їх властивість у сполученні з оптичною анізотропією привели до їх широкого використання в пристроях відображення інформації.

Дослідження СРК і сьогодні залишається дуже перспективною частиною фізики та хімії рідких кристалів. Головною причиною цього прогресу є їх широке застосування в пристроях, що засновані на електрооптичному ефекті Кларка-Лагервола, яке стало можливим після відкриття явища поверхневої стабілізації в комірках з обмеженим об’ємом. Як наслідок, були розроблені пристрої з часом електрооптичного перемикання у мікросекундному діапазоні. Зменшення часів спрацьовування в електрооптичному ефекті від мілісекунд до мікросекунд дозволило розглядати рідкокристалічні матеріали, що до того часу успішно застосовувалися загалом тільки в дисплеях, також як перспективні для систем оптичної обробки інформації.

Електрооптичні ефекти та пристрої з підвищеною швидкодією на їх основі, бесперечно не вичерпуютьусі потенційні можливості застосування цього унікального типу матеріалів. Подальше вивчення фізики СРК, виявлення та дослідження раніше невідомих ефектів та шляхів їх використання сьогодні складають актуальну задачу. Серед перспективних напрямкік дослідження СРК —електромеханічний ефект та резонансний відгук СРК на імпульсну дію електричного поля, детальне дослідження яких має як фундаментальне, так і прикладне значення.

На початку цієї роботи в літературі було зібрано деяку інформацію про дослідження резонансної поведінки СРК, але багато аспектів, що стосуються резонансного відгуку СРК в умовах обмеженого об’єму та механізми збудження резонансу потребують більш глибокого вивчення. Це обумовлює необхідність всебічного та систематичного дослідження коливальних процесів в СРК у змінному та імпульсному електричному полі з врахуванням сил поверхневої взаємодії.

 Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота є складовою частиною планових досліджень у галузі вивчення зв’язків між молекулярною будовою компонентів та макроскопічними характеристиками рідкокристалічних систем, що проводяться в Інституті монокристалів в межах теми Національної Академії Наук України: “Дослідження закономірностей впливу молекулярної будови компонентів на надмолекулярну структуру та макроскопічні параметри смектичних рідких кристалів з ферроелектричними властивостями і систем з TGB фазами”(номер держреєстрації: 0196U012151, термін виконання 1996–р.р.).

Мета роботи —встановлення зв’язку резонансного електроклинного ефекту в сегнетоелектричному рідкому кристалі з граничними умовами та дослідження фізичних закономірностей резонансного ефекту. Для досягнення цієї мети треба було розв’язати ряд конкретних завдань:

  1.  Встановлення умов виникнення резонансного відгуку СРК на імпульсну дію (різка зміна напруженості електричного поля).
  2.  Дослідження залежності інтенсивності, частоти та добротності резонансів від температури, напруженості електричного поля та механічних напруженостей в текстурі СРК.
  3.  Вимірювання сталої електромеханічного зв’язку в прямому та зворотньому електромеханічному ефектах в резонансних умовах.
  4.  Визначення впливу резонансних умов на час переполяризації в ефекті Кларка-Лагервола.

Експериментальні методи дослідження. При дослідженні сегнетоелектричних параметрів матеріалів були використані стандартні електрооптичні методики. Конструкції експериментальних установок розроблялись з врахуванням резонансних особливостей планарної комірки з рухомою верхньою пластиною. Для обробки експериментальних результатів використовувались методи нелінійної апроксимації за допомогою комп’ютерного аналізу; оцінка достовірності результатів проводилась з використанням статистичного розподілу Ст’юдента для малих вибірок.

Наукова новизна роботи. Наукова новизна визначена оригінальними результатами, які одержано вперше:

  1.  Виявлено ефект коливань величини коефіцієнту двозаломлення при імпульсній дії електричного поля на СРК;
  2.  Виявлено існування резонансу текстури СРК та встановлено умови його збудження;
  3.  Досліджено взаємодію резонансу текстури СРК та механічних резонансів комірки. Встановлено існування ефекту синхронізації;
  4.  Запропоновано модель резонансного відгуку в межах феноменологічної теорії Ландау-Де Жена;
  5.  Виявлений та досліджений вплив механічної напруги на текстуру СРК та її резонансні властивості;
  6.  Показано, що в резонансних умовах стала електромеханічного зв’язку збільшується на порядок, а час переполяризації в ефекті Кларка-Лагервола зменшується вдвічі.

Практичне значення одержаних результатів обумовлюється перспективністю застосування рідкокристалічних матеріалів в оптоелектронній техніці та інформаційних технологіях. Здобуті закономірності резонансної взаємодії СРК з електричним полем в умовах обмеженого об'єму можуть бути використані для розширення меж використання цих матеріалів. Результати роботи є базовими для розробки резонаторів, електромеханічних перетворювачів та датчиків.

Особистий внесок автора в одержаних наукових результатах полягає в участі в постановці задачі; розробці методу дослідження резонансного відгуку сегнетоелектричного рідкого кристалу на електричний імпульс [1,3,5,8,10,12,13]; створенні експериментальної установки для вимірювання характеристик резонансу СРК [4,5,9,11,14]; в постановці та проведенні експерименту по дослідженню впливу резонансних умов на електромеханічний ефект та час переполяризації СРК [2,17]; проведенні математичної обробки та фізичного аналізу здобутих результатів експерименту [1 –,15]; створенні моделі резонансного відгуку СРК в умовах обмеженого об’єму [16]; узагальненні отриманих результатів; участі в формулюванні висновків та обгрунтувань.

Публікації та апробація роботи. За темою дисертації опубліковано 17 робіт, з них 5 статей в іноземних та вітчизняних журналах. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на таких наукових конференціях: IV та V Європейських конференціях з рідких кристалів (Польща, Закопане, 1997 р. та Греція, Херсонесос, 1999 р.), VII Міжнародній конференції ІНелінійна оптика рідких та фоторефрактивних кристалівІ (Україна, Партеніт, 1997 р.), VI та VII Міжнародних конференціях з сегнетоелектричних рідких кристалів (Франція, Брест, 1997 р. та Німеччина, Дармштат, 1999 р.), XVII Міжнародній конференції з рідких кристалів (Франція, Страсбург, 1998 р.), VI Міжнародній конференції ІPattern Formation in Liquid CrystalsІ (Німеччина, Байреут, 1999 р.), XIII Конференції з рідких кристалів (Польща, Криниця, 1999 р.), VII Міжнародному симпозіумі ІПередові дисплейні технологіїІ (Україна, Новий Світ, 1999 р.)

Структура та об’єм роботи.  Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, списку цитованої літератури із 122 найменувань. Загальний об’єм складає 126 сторінок, в тому числі 41 рисунок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, проаналізований сучасний стан проблеми, сформульована мета та основні завдання проведених наукових досліджень, приведено основні наукові та практичні результати роботи, подано інформацію про апробацію та публікації результатів, наведена загальна характеристика дисертації.

Перший розділ має оглядовий характер. В ньому розглянуто опубліковані результати досліджень структури та динаміки СРК з врахуванням сил поверхневої взаємодії. Описано особливості структури шевронів та її вплив на появу резонансного відгуку в електроклинному та електромеханічному ефектах. З проведеного аналізу виходить, що резонансний відгук багаторазово проявлявся при дослідженнях різних характеристик СРК. Але він розглядався як деякий заважаючий фактор що до конкретної мети. Пропонувалися також методи усунення резонансного відгуку. Як правило, резонансним ефектам не приділялось необхідної уваги, а зроблений у небагатьох випадках аналіз був проведений не досить коректно. Досліджено лише деякі резонанси, пов’язані з в’язкою течією, але недостатньо уваги приділялося можливому внеску в резонансні явища пружних властивостей смектичних шарів.

Разом з цим, як показали наступні дослідження, були виявлені низькочастотні резонанси СРК, що не пов’язані із зворотньою течією і що можуть бути безумовно цікавими для більш глибокого розуміння структури та динаміки СРК в змінному електричному полі. Крім того, використання резонансних властивостей СРК дозволить розширити функціональні можливості їх застосування.

Все це вказує на необхідність подальшого дослідження резонансних явищ в структурі СРК та їх зв’язку з відомими механічними резонансами, умов виникнення резонансного відгуку та впливу резонансної поведінки СРК на практично важливі процеси електрооптичного перемикання.

У другому розділі обгрунтовано вибір матеріалів та експериментальних методів дослідження. Для дослідження вибрано як індивідуальні сегнетоелектрики, що мають різні послідовності фазових станів та різні типи фазових переходів, так і СРК композиції, що складаються з оптично неактивної матриці з SmC фазою, та полярної хіральної домішки, що індукує в цій матриці гелікоїдальну структуру та сегнетоелектричні властивості. Створення сумішей з різним процентним вмістом цих компонентів дозволяє отримувати СРК композиції з різними значеннями таких параметрів як крок гелікоїду, смектичний нахил, спонтанна поляризація та обертальна в’язкість, що можуть мати вплив на резонансні властивості СРК. Описано основні характеристики вибраних матеріалів та сумішей, методики приготування рідкокристалічних зразків для досліджень. Наведено такі їх характеристики як: фазові діаграми, температурні залежності смектичного кута нахилу, спонтанної поляризації, обертальної в’язкості та електропровідності. Наведено особливості вимірювальної комірки та методика будування однорідної текстури СРК. Описано методи математичної обробки експериментальних даних, що застосовувались.

Третій розділ присвячений дослідженню резонансної поведінки СРК при імпульсній дії електричного поля. Запропонована модель, що показує принципову можливість резонансного відгуку в СРК при збуренні, яке пов’язане з деформацією смектичного шару. Розглянуто механізм збудження резонансних коливань при зміні напруженості електричного поля. Встановлено, що коливання наведених електричних зарядів, які раніше спостерігалися в комірках СРК, механічні вібрації пластин комірки та коливання оптичної густини комірки, що вперше відкриті в цій роботі, є макроскопічним проявом єдиного резонансного процесу —коливань директора СРК. Встановлено існування резонансу текстури СРК та досліджені залежності його частоти та інтенсивності від температури та напруженості електричного поля. Виявлений ефект взаємодії резонансу текстури СРК з механічними резонансами комірки, що приводить до синхронізації цих резонансів.

Використана проста модель структури шевронів, що припускає повну відсутність стискуванності рідкокристалічного матеріалу, а також той факт, що на поверхні СРК комірки в результаті поверхневої взаємодії підтримується впорядкування, що є характерним для SmA фази (молекули СРК перпендикулярні смектичному шару), при всіх температурах, як це було показано експериментально [18]. Використання такої моделі дозволило нам якісно показати динаміку зсуву однієї з обкладинок комірки та вплив такого зсуву на структуру шевронів.

Структура шевронів обумовлюється балансом двох протидіючих сил. Одна з них викликана відхиленням кута смектичного нахилу  від його рівноважної величини у вільному просторі, а інша —є пружна сила, що обумовлена деформацією поля директора. Для малих величин кута нахилу енергія (на одиницю поверхні), що відноситься до першої сили, може бути записана у вигляді розкладу Ландау-де Жена по парним ступеням . Параметр, що описує повний зсув між двома поверхнями комірки, введений так, що відносний зсув між пластинами комірки повністю та однозначно визначається кутом .

При  = 0, тобто в SmA фазі та в точці фазового переходу в SmC фазу, структура букшелф є стабільною та відповідає мінімуму вільної енергії системи у відношенні до змін величини зсуву. Горизонтальний зсув верхньої пластини комірки приводить до збільшення вільної енергії та неперервному перетворюванню структури букшелф на структуру з похилими смектичними шарами. Нахил шарів в комірці приводить до появи ненульового смектичного кута нахилу , що обумовлено необхідністю збереження густини смектичних шарів всередині комірки. Тільки приграничні шари під упорядковуючою дією поверхонь залишаються в SmA фазі. Таким чином, в об’ємі комірки з’являється індукована зсувом SmC фаза. Можливість зміни температури фазового переходу та індукування похилої фази під дією зовнішнього поля, тиску або механічного напруження була помічено ще раніше [19].

Вільна енергія системи в першому наближенні має вигляд квадратичної потенціальної ями, мінімум якої відповідає рівноважній букшелф структурі з вертикальним положенням шарів та відсутністю смектичного кута нахилу  = 0. Збуджений стан відповідає деякому коливальному процесу відносно точки рівноваги, який приводить до механічних коливань рухомої пластини комірки в горизонтальній площині та коливанням смектичного кута нахилу .

Збудження такого коливального процесу можливе за допомогою різних засобів. Найбільш простий з них —механічна дія на рухому пластину комірки. Інший засіб —імпульсний локальний нагрів СРК матеріалу, що звичайно застосовується при дослідженні піроефекту. Зміна температури приводить до зміни кута  в деякій (звичайно малій) області комірки та розповсюдженню кругової хвилі збурення. У цій роботі ми використовували третій засіб —збудження електричним полем. Як наслідок електроклинного ефекту, постійне електричне поле, прикладене перпендикулярно директору СРК, індукує смектичний нахил молекул СРК, величина кута якого  лінійно залежить від напруженості електричного поля. При зміні стрибком напруженості електричного поля всі молекули СРК здобувають одночасного імпульсного впливу. В цьому перевага збудження електричним полем над іншими методами. Одночасний та синфазний вплив на молекули СРК по всьому об’єму комірки приводить до максимального макроскопічного ефекту.

При імпульсній зміні напруженості електричного поля в СРК комірці збуджуються коливання директора СРК (змінюється смектичний кут нахилу ), що приводить до вібрацій рухомої пластини комірки, коливанням показника двозаломлення та появі осцилюючих наведених зарядів на пластинах комірки. Ці три макроскопічних коливальних процеси є наслідком одночасних та синхронних коливань директора СРК в усій комірці.

Слід звернути увагу на те, що цей коливальний процес є резонансним, на відміну від відомих релаксаційних процесів. Показано, що резонансний відгук є суперпозицією двох коливальних процесів з затухаючою амплітудою та близькими частотами, що приводить до низькочастотної модуляції амплітуди результуючих коливань —биттям (рис. 1). Відомо, що частота биття обумовлюється різницею частот вихідних складових коливань. Період биття за час існування коливального процесу змінюється більш ніж у три рази —з 0.4 мс на початку до 1.5 мс наприкінці імпульсу —частота, відповідно, від 2.5 кГц до 0.7 кГц. Це означає, що частота як найменше одного з цих коливань змінюється на 1.8 кГц за час імпульсу, що складає більш ніж 30 % від її середнього значення. Тому цей коливальний процес не може бути віднесений до механічного резонансу комірки, частота якого обумовлюється геометричними розмірами останньої та її пружними властивостями і не може дуже змінюватися за короткий час. Ми вважаємо, що спостерігається резонанс текстури СРК.

Частота коливань на початку імпульсу обумовлюється резонансом текстури СРК, тому що він має більш низьку добротність та завжди збуджується першим. Частота коливань в конці імпульсу обумовлюється тільки частотою механічного резонансу —резонанс текстури СРК до того часу повністю згасає. На рис. 2 показані залежності частоти коливань на початку та в кінці імпульсу від температури та напруженості електричного поля. Чітко видно, що частота резонансу текстури СРК (лінія) безперервно змінюється із зміною температури та напруженості електричного поля, а частота механічного резонансу комірки (точки) приймає ряд дискретних значень.

При взаємодії резонансів виникають явища затягування частоти та синхронізації. При цьому частота резонансу текстури, який має меншу добротність та більш схильного до змін, зсувається в бік високодобротного механічного резонансу. При сильній взаємодії та невеликій різниці частот можливе зближення частот до повного збігу —ефект синхронізації.

Зміна спектру механічних резонансів при зміні температури проходить шляхом перерозподілу енергії між спектральними складовими, а їх частоти лишаються незмінними. Резонанс текстури СРК, частота якого швидко знижується із зменшенням температури в околі фазового переходу, послідовно збуджує всі механічні резонанси комірки в діапазоні от 20 до 2 кГц.

Четвертий розділ присвячений умовам виникнення резонансної поведінки СРК. Розглянуто можливий зв’язок резонансних коливань директора СРК з критичними передперехідними флуктуаціями параметра порядку в околі фазового переходу другого роду. Встановлено, що визначаючий вплив на появу текстури шевронів та інтенсивність резонансного відгуку має механічне напруження в структурі СРК. Обгрунтована необхідність побудови високоякісної однорідної текстури СРК та використання комірки з рухомими пластинами для ефективного збудження резонансу.

Теоретично показано, що перша мода збурення, що відповідає структурі похилих смектичних шарів, стає нестійкою при (1) = 0.42°. Для температур вище Т(1) = ТАС –.015 °С зсув верхньої пластини комірки приводить до появи механічного напруження в структурі похилих смектичних шарів, збільшенню вільної енергії системи та виникненню пружної повертаючої сили, що протидіє такому зсуву. Нижче температури Т(1) букшелф структура буде напруженим станом системи та зсув пластини буде зменшувати вільну енергію. Глобальний мінімум вільної енергії буде відповідати структурі похилих смектичних шарів з деяким кутом нахилу d.

Наступна мода, структура шевронів, втрачає стабільність при (2) = 0.84°. При температурі нижче Т(2) = ТАС –.055 °С стабільним станом з нульовим зсувом є структура шевронів, а структура букшелф стає нестабільною і відповідає більш високій вільній енергії. При збільшенні зсуву верхньої пластини структура шевронів стає несиметричною, поверхня шеврона із серединної площі зміщується у напрямку до рухомої пластини комірки. В той момент, коли поверхня шеврона сягає поверхні пластини, структура шевронів перетворюється в структуру похилих смектичних шарів.

Таке перетворення шевронів в похилі смектичні шари підтверджено нами при експериментальному дослідженні. Встановлено, що послаблення коливань при охолодженні супроводжується появою дисклинацій, що характерні для структури шевронів. Боковий тиск, що прикладений до рухомої пластини комірки, приводить до зникнення цих дисклинацій, перетворенню структури шевронів в структуру похилих смектичних шарів та відновленню амплітуди коливань.

Із збільшенням тиску амплітуда коливань нелінійно зростає. Максимально, як наслідок прикладеного тиску амплітуда може бути збільшена майже на порядок. При тиску вище 450 Н/см відбувається зсув верхньої пластини комірки. Це викликано розривом зв’язку молекул СРК з поверхнею пластини комірки та приводить до руйнування однорідної букшелф текстури. Амплітуда коливань різко падає.

При постійному зовнішньому тиску величиною 320 ± 4 Н/см температурна залежність початкової амплітуди коливань показана на рис. 3 (крива 1). Співставлення кривої 1 та кривої 2 (амплітуда коливань при постійному зовнішньому тиску та без тиску) показує, що в SmC* фазі при температурі більш ніж на 1°С нижче температури фазового переходу в SmA, боковий тиск є основним фактором появи коливань директора СРК. При слабкому тиску, що викликаний тільки внутрішніми механічними напруженнями, коливання невеликої амплітуди спостерігаються у вузькому температурному інтервалі поблизу фазового переходу. Температурна залежність амплітуди коливань симетрична відносно температури фазового переходу. Постійний зовнішній тиск величиною порядку 10 Н/см приводить до значного збільшення амплітуди коливань та розширенню температурного інтервалу існування коливань в сторону SmC* фази не менше ніж на 15 –°С. Навпаки, в SmА фазі вплив бокового тиску незначний.

Відомо, що величина коефіцієнта двозаломлення в SmA* фазі безпосередньо зв’язана з середнім квадратом флуктуацій смектичного кута нахилу. Нещодавно були представлені результати вимірювань з високим розділенням коефіцієнта двозаломлення в похилих хіральних смектичних матеріалах, що проявляють фазовий перехід від SmA* фази до похилих фаз [20]. Поблизу фазового переходу в SmC* фазу (DT < 5 °C) спостерігалося критичне зменшення величини коефіцієнта двозаломлення, що викликано передперехідними флуктуаціями смектичного параметра порядку. Амплітуда цих флуктуацій складала кілька градусів.

В нашому експерименті, завдяки високому орієнтаційному впорядкуванню в однорідній букшелф текстурі, синхронізуючій дії рухомої пластини комірки та одночасному збудженню коливань директора СРК імпульсом електричного поля, коливання (флуктуації) директора СРК стають синхронними та приводять не просто до інтегрального (усередненого) зменшення величини коефіцієнта двозаломлення, а до її осциляцій на частоті резонансу текстури СРК.

Для прояснення питання про те, який вплив на резонансну моду має тип фазового переходу, нами досліджено ряд сегнетоелектричних сполук та сумішей, що проявляють різні фазові переходи (I –SmC*, N* –SmC*, SmA* –SmC*) першого і другого роду. Нам не вдалося виявити ніяких ознак резонансного відгуку в таких системах, що не мають фазового переходу SmA* –SmC* другого роду. Було показано, що виникнення резонансної моди викликано критичними передперехідними флуктуаціями смектичного параметра порядку (кута нахилу молекул  до нормалі смектичного шару) як з боку високотемпературної, менш впорядкованої SmA фази, так і з боку низькотемпературної, більш впорядкованої SmC* фази в околі фазового переходу другого роду SmA* –SmC*. Такий висновок є дещо дивним та неочікуваним, оскільки передперехідні флуктуації параметра порядку мають місце також в системах з фазовим переходом першого роду, і приводять до критичної поведінки поглинання та швидкості розповсюдження ультразвукових хвиль [21]. Однією з можливих причин того, що ми не спостерігали у цьому випадку резонансного відгуку СРК, можуть бути труднощі з побудовою високоякісної монодоменної однорідної текстури букшелф для матеріалів, що не мають SmA фази. Для таких матеріалів, що мають фазовий перехід N* –SmC*, нам не вдалося здобути досить високоякісний монодомен, як це було зроблено в комірках з речовинами, що мають SmA фазу. А висока однорідність букшелф текстури СРК є важливим фактором для появи резонансного ефекту.

У п’ятому розділі описано дослідження впливу резонансних умов СРК на їх поведінку в електромеханічному ефекті та електрооптичному перемиканні. Показано збільшення на порядок ефективності електромеханічного перетворення при умовах резонансного відгуку СРК на імпульс електричного поля. Встановлено, що в резонансних умовах час електрооптичного перемикання в ефекті Кларка-Лагеровола зменшується майже в два рази.

В роботі вперше експериментально виявлено та досліджено статичний електромеханічний ефект. На відміну від відомого динамічного електромеханічного ефекту (зв’язок між електричним полем та швидкістю потоку), у цьому випадку електромеханічний ефект, що виникає в напрямку, перпендикулярному смектичним шарам, є статичним (зв’язок між електричним полем та зміщенням), і є аналогом п’єзоефекту в кристалах. Максимум коефіцієнта електромеханічного перетворення в точці фазового переходу SmA* —SmC* на температурній залежності (рис. 4) підтверджує його зв’язок з електроклинним ефектом.

Оскільки в умовах резонансного відгуку СРК змінюється смектичний кут нахилу , було проведено дослідження можливого впливу цього ефекту на процес переполяризації. Як показав експеримент, в резонансних умовах час переполяризації в два рази менше. При резонансному відгуку СРК зменшення кута  приводить до зниження обертальної в’язкости gj, що і стає причиною зменшення часу переполяризації. Цей факт може бути використаний в електрооптичних пристроях для зменшення часу перемикання.

ВИСНОВКИ

  1.  Виявлено, що в СРК комірці з рухомими пластинами при імпульсній зміні напруженості електричного поля збуджуються синхронні коливання напрямку довгих осей молекул (директора) СРК. Показано, що ці коливання приводять до трьох макроскопічних ефектів: коливанням наведених електричних зарядів, коливанням величини коефіцієнта двозаломлення та механічним вібраціям пластин комірки.
  2.  Виявлено існування резонансу текстури СРК, характерною ознакою якого, що відрізняє його від відомого раніше механічного резонансу обкладок комірки, є інший характер залежності частоти від температури і напруженості електричного поля. При зміні цих параметрів частота механічних резонансів приймає ряд дискретних значень, а частота резонансу текстури СРК змінюється неперервно. Зареєстровано ефект взаємодії цих резонансів між собою, який приводить до зміни частоти резонансу текстури СРК та повної синхронізації на найближчому механічному резонансі.
  3.   Здобуто залежності амплітуди, частоти та добротності резонансу текстури СРК від температури та напруженості електричного поля. Розбіжність амплітуди та критичне зниження частоти резонансу текстури СРК в точці фазового переходу вказують на зв’язок цього резонансу з м’якою модою сегнетоелектричного фазового переходу. Амплітуда коливань лінійно залежить від зміни смектичного кута нахилу збуджуючим імпульсом. Крутизна цієї залежності збільшується, якщо зміна смектичного кута супроводжується зміною напрямку вектора спонтанної поляризації. Насичення досягається при повному розкручуванні гелікоїда.
  4.   Визначено умови виникнення резонансної поведінки СРК.

а) Показано, що резонансні коливання викликані критичними передперехідними флуктуаціями параметра порядку поблизу сегнетоелектричного фазового переходу другого роду SmA* —SmC* і спостерігаються як в SmA*, так і в SmC* фазі.

б) Виявлено, що послаблення резонансного відгуку в SmC* фазі викликано виникненням структури шевронів. Показано, що за допомогою створення механічного напруження структура шевронів може бути перетворена на структуру похилих смектичних шарів, що приводить не тільки до відновлення резонансного відгуку, а також і до розширення його температурного діапазону до 15 —градусів у бік SmC* фази.

в) Умовою резонансного відгуку є також однорідна, монодоменна структура зразка СРК і така конструкція комірки, що дозволяє вільний рух обмежуючих пластин комірки відносно одна одної і таким чином забезпечує синхронізацію коливань усіх молекул зразка СРК.

  1.   У вказаних вище умовах досліджено прямий та зворотній електромеханічний ефект а також процес переполяризації СРК змінною електричною напругою прямокутної форми. Виявлено, що при резонансному відгуку стала електромеханічного зв’язку збільшується на порядок, а електромеханічний ефект в СРК є аналогом п’єзоефекту в кристалах. Встановлено зменшення часу переполяризації в ефекті Кларка-Лагервола приблизно в два рази.

Основні результати дисертаційної роботи опубліковано:

  1.  А.П. Федоряко, М.Н. Пивненко, Е.В. Попова, В.П. Семиноженко Свободные колебания в сегнетоэлектрическом жидком кристалле // Письма в ЖТФ. - 1997. - Т.23, №7. - С.80-85.
  2.  A.P. Fedoryako, M.N. Pivnenko, E.V. Popova and V.P. Seminozhenko Electromechanical Effect and Free Oscillations in Ferroelectric Liquid Crystals // Functional Materials. - 1997. - V.4. - No.4. - P.375-378.
  3.  М.М. Півненко, О.П. Федоряко, В.П. Семиноженко Вільні eлектромеханічні коливання в сегнетоелектричному рідкому кристалі // УФЖ. - 1997. - Т.42, №11-12. - С.1314-1317.
  4.  М.Н. Пивненко, А.П. Федоряко, Л.А. Кутуля, В.П. Семиноженко Влияние упругих напряжений на свободные колебания в сегнетоэлектрических жидких кристаллах // Письма в ЖТФ. - 1999. - Т.25, №6. - С.74-80.
  5.  M.N. Pivnenko, A.P. Fedoryako, L.A. Kutulya and V.P. Seminozhenko Resonance Phenomena in a Ferroelectric Liquid Crystal Near the Phase Transition SmA —SmC* // Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 1999. - V.328. - P.111-118.
  6.  A.P. Fedoryako, M.N. Pivnenko and E.V. Popova Temperature Dependences of Oscillation Parameters in Ferroelectric Liquid Crystals / in Liquid Crystals: Physics, Technology, and Applications, J. Rutkowska, S.J. Klosowicz, J. Zielinski, J. Zmija, Editors // Proceeding of SPIE  - 1998. - V.3318. - P.110-113.
  7.  M.N. Pivnenko, A.P. Fedoryako, E.V. Popova and L.A. Kutulya Resonance Phenomena in a Ferroelectric Liquid Crystals / in Nonlinear Optics of Liquid and Photorefractive Crystals, G.V. Klimusheva, A.G. Iljin, Editors // Proceeding of  SPIE  - 1998. - V.3488. - P.28-34.
  8.  A.P. Fedoryako, M.N. Pivnenko, E.V. Popova Temperature Dependences of Oscillation Parameters in Ferroelectric Liquid Crystals // European Conference on Liquid Crystals. Science and Technology, Zakopane, Poland, March 3 –, 1997. Abstracts. B-58.
  9.  A.P. Fedoryako, M.N. Pivnenko and E.V. Popova Free Electrical Oscillations in Homeotropic Oriented Ferroelectric Liquid Crystal Sample // 6th International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals. Brest, France, July 20 –, 1997. Program and Abstract Book. P. 258-259.
  10.  M.N. Pivnenko, A.P. Fedoryako, L.A. Kutulya and V.P. Seminozhenko Electric Field Dependences of Oscillation Amplitude  in Planar Oriented Ferroelectric Liquid Crystal // 6th International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals. Brest, France, July 20 –, 1997. Program and Abstract Book. P.346-347.
  11.  M.N. Pivnenko, A.P. Fedoryako, L.A. Kutulya and V.P. Seminozhenko Free Director Oscillations in Ferroelectric Liquid Crystals Under Mechanical Stress //  17th International Liquid Crystal Conference. Strasbourg, France, July 19 –, 1998. Program and Abstract Book, P-101.
  12.  M.N. Pivnenko, A.P. Fedoryako, L.A. Kutulya and V.P. Seminozhenko Resonance Phenomena in a Ferroelectric Liquid Crystal Near the Phase Transition SmA —SmC* //  17th International Liquid Crystal Conference. Strasbourg, France, July 19 –, 1998. Program and Abstract Book, P-107.
  13.  M. Pivnenko, A. Fedoryako, M. Kaspar, V. Hamplova, and S. Pakhomov Resonance Mode and Pretransitional Fluctuations Near the SmA —SmC* Phase Transition // European Conference on Liquid Crystals 99. Hersonessos, Greece 1999, Book of Abstracts, P1-043.
  14.  M. Pivnenko, A. Fedoryako, and L. Kutulya, Interaction Between the Texture Resonance Mode and Mechanical Resonances in a Ferroelectric Liquid Crystal // European Conference on Liquid Crystals 99. Hersonessos, Greece 1999, Book of Abstracts, P1-049.
  15.  M.N. Pivnenko, V.V. Vashchenko, A.S. Petrenko, A.I. Krivoshey, L.A. Kutulya, and J.W. GoodbyNew 1R,4R-menthan-3-one Derivatives as Chiral Components of Induced Ferroelectric Systems // 7th International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals. Darmstadt, Germany, August 1999, Summaries, P. 204-205.
  16.  M.N. Pivnenko Free Damping Director Oscillations and Resonant Mode Near the SmA —SmC* Phase Transition // International Conference "Pattern Formation in Liquid Crystals", Bayreuth, Germany, September 1999. Book of Abstracts, P 22.
  17.  A.P. Fedoryako, M.N. Pivnenko, and V.P. Seminozhenko Second Sound and Resonance Phenomena in Ferroelectric Liquid Crystals // XIII Conference on Liquid Crystals, Krynica Zdroj, Poland, September 1999. Abstract. P. 78.

Список цитованої літератури

  1.  Cagnon M. and Durand G. Positional Anchoring of Smectic Liquid Crystals // Phys. Rev. Lett. - 1993. - V.70. - No.18. - P.2742-2745.
  2.  Lelidis I., and Durand G. Landau model of electric field induced smectic phases in thermotropic liquid crystals // J. Phys. II France - 1996. - V.6. - No.10. - P.1359-1387.
  3.  Skarabot M., Kocevar K., Blinc R., Heppke G., and Musevic I. Critical behavior of birefringence in the smectic-A phase of chiral smectic liquid crystals // Phys. Rev. E.  - 1999. - V.59. –No.2. - R1323-R1326.
  4.  Collin D., Moyses S., Neubert M.E., and Martinoty P. Critical Behavior of Sound Damping in the Vicinity of the Smectic-A —Smectic-C Transition in 8S5 // Phys. Rev. Lett. - 1994. - V.73. - No.7. - P.983-986.

Півненко М.М. Резонансний електроклинний ефект в сегнетоелектричному рідкому кристалі в планарній комірці з рухомою верхньою границею. –Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.15 –фізика молекулярних та рідких кристалів. –Інститут монокристалів НАН України, Харків, 1999.

Досліджено електроклинний ефект та процес переполяризації рідкого кристалу змінною електричною напругою в резонансних умовах. Виявлено ефект коливань величини коефіцієнту двозаломлення при імпульсній дії на сегнетоелектричний рідкий кристал (СРК) та виявлено існування резонансу текстури СРК, встановлено умови його збудження. Досліджено взаємодію резонансу текстури СРК та механічних резонансів комірки. Встановлено існування ефекту синхронізації. Запропоновано модель резонансного відгуку в межах феноменологічної теорії Ландау-Де Жена. Виявлено та досліджено вплив механічної напруги на текстуру СРК та резонансні властивості текстури. Показано, що в резонансних умовах стала електромеханічного зв’язку збільшується на порядок, а час переполяризації в ефекті Кларка-Лагервола зменшується вдвічі. Здобуті закономірності резонансної взаємодії СРК з електричним полем в умовах обмеженого об'єму можуть бути використані для розширення меж використання цих матеріалів. Результати роботи є базовими для розробки резонаторів, електромеханічних перетворювачів та датчиків.

Ключові слова: сегнетоелектричний рідкий кристал; електроклинний ефект; резонансна низькочастотна мода.

Здобуті закономірності резонансної взаємодії СРК з електричним полем можуть бути використані для розширення меж використання цих матеріалів. Результати роботи є базовими для розробки резонаторів, електромеханічних перетворювачів та датчиків.

Пивненко М.Н. Резонансный электроклинный эффект в сегнетоэлектрическом жидком кристалле в планарной ячейке с подвижной верхней границей. –Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.15 –физика молекулярных и жидких кристаллов. –Институт монокристаллов НАН Украины, Харьков, 1999.

Диссертация посвящена исследованию резонансного поведения СЖК при импульсном воздействии электрического поля. Предложена модель, показывающая принципиальную возможность резонансного отклика в СЖК при возмущении, связанном с деформацией смектического слоя. Рассмотрен механизм возбуждения резонансных колебаний при изменении напряженности электрического поля. Установлено, что наблюдавшиеся ранее электрические колебания в цепи ячейки СЖК, механические вибрации пластин ячейки и обнаруженные нами колебания оптической плотности ячейки являются макроскопическими проявлениями единого резонансного процесса колебаний директора СЖК. Установлено существование резонанса текстуры СЖК и исследованы зависимости его частоты и интенсивности от температуры и напряженности электрического поля. Обнаружен эффект взаимодействия резонанса текстуры СЖК с механическими резонансами ячейки приводящий к синхронизации резонансов.

Установлены условия возникновения резонансного поведения СЖК. Рассмотрена возможная связь резонансных колебаний директора СЖК с критическими предпереходными флуктуациями параметра порядка вблизи фазового перехода второго рода. Установлено определяющее влияние механического напряжения в структуре СЖК на возникновение текстуры шевронов и интенсивность резонансного отклика. Обоснована необходимость построения высококачественной однородной текстуры СЖК и использования ячейки с подвижными пластинами для эффективного возбуждения резонанса.

Исследовано влияние резонансных условий СЖК на их поведение в электромеханическом эффекте и электрооптическом переключении. Показано увеличение на порядок эффективности электромеханического преобразования при создании условий для резонансного отклика СЖК на импульс электрического поля. Установлено, что в резонансных условиях время электрооптического переключения в эффекте Кларка-Лагервола удается уменьшить почти в два раза.

Впервые обнаружен эффект колебаний величины коэффициента двулучепреломления при импульсном воздействии на СЖК и существование резонанса текстуры СЖК, определены условия его возбуждения. Исследовано взаимодействие резонанса текстуры СЖК и механических резонансов ячейки. Обнаружен эффект синхронизации. Предложена модель резонансного отклика в рамках феноменологической теории Ландау-Де Жена. Впервые обнаружено и исследовано влияние механического напряжения на текстуру СЖК и его резонансные свойства.

Найденные закономерности резонансного взаимодействия СЖК с электрическим полем в условиях ограниченного объема могут быть использованы для расширения области применения СЖК. Результаты работы являются базовыми для разработки резонаторов, электромеханических преобразователей и датчиков.

Ключевые слова:  сегнетоэлектрический жидкий кристалл; электроклинный эффект, резонансная низкочастотная мода.

Pivnenko M.N. Resonant electroclinic effect in a ferroelectric liquid crystal in a planar cell with the moving high border. –Manuscript.

Thesis for the degree of candidate of physical-mathematical sciences by speciality 01.04.15 –Physics of Molecular and Liquid Crystals. –Institute for Single Crystals National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkiv, 1999.

Dynamic properties of ferroelectric liquid crystals (FLC) are by means of observation of electric, optical and mechanical responses to the step-like change of electric field strength. A low frequency resonant mode that manifests itself as free damping collective director oscillations after the electric field reversal is revealed and investigated near the second order SmA —SmC* phase transition on FLC. These director oscillations result in oscillations of the birefringence, induced polarization current and mechanical vibrations of the sample cell plates which are free to move. The resonance frequency exhibits a continuous dependence versus temperature and electric field strength that allowed us to separate this resonance from bending modes of the cell plates. An interaction of the FLC resonant mode with these bending modes resulting in the change of its frequency and the synchronization of the FLC resonance on the nearest bending mode was observed. It is shown clearly that the origination of the resonant response and the free director oscillations are caused by strong pretransitional fluctuations of the order parameter in both SmA and SmC* phases near the phase transition and by the presence of the shearing mechanical stress directed perpendicularly to the smectic layers in SmC* phase in a well aligned uniform bookshelf FLC configuration.

Key words: ferroelectric liquid crystals; electroclinic effect; resonant low-frequency mode.




1. тема Цель работы- Исследование математической модели резервированной восстанавливаемой системы расчет
2. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Вінниця ~ Д
3. Вариант 3. Спиши текст вставляя пропущенные буквы
4. темах связи В последнем случае появляется возможность передавать значительно меньшие как правило в нескол
5. Метро 2033 Дмитрия Глуховского ~ культовый фантастический роман самая обсуждаемая российская книга послед
6. Проблема твердых бытовых отходов ТБО в Московском регионе
7. Подбор объектов и составление запросов для перекрестной проверки лесхозов
8. Адамны~ бас~а жанжануардан ерекшелігі ол билік ~шін к~реседі деген ойды айт~ан ойшыл А
9. тема характеристик и параметров ров лазеров и лазерного излучения лазерных приборов установлена ГОСТ 1509375 Г
10. Место гигиены в комплексе медицинских дисциплин
11. Курсовая работа- Швицкая порода крупного рогатого скота.html
12. начале ХХ в. Исторически индустриализация в рыночных условиях хозяйствования начиналась преимущественно с
13. ТЕМА 1 СОВРЕМЕННАЯ ПОЛИТИЧЕСКАЯ КАРТА МИРА
14. Инновационная политика предприятия и её влияние на конкурентоспособность продукции
15. Next week что означает на следующей неделе
16. Нефтяной экспорт России и «голландская болезнь»
17. Вариант 1 Зенитная батарея состоящая из k орудий производит залп по группе состоящей из l самолетов kl
18. По методике Бэка были исследованы две группы студентов
19. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА РИТОРИКА 4 класс Нестерова Н
20. конусні-циліндричні контури G66 Цикл торцевого чорнового обточування конусні-цил

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе