Введение к работе
. Актуальность темы. Интенсивное экспериментальное и теоретическое исследование фазовых переходов в тонких пленках материалов органических соединений (жидких кристаллах (ЖК), пленках Лэнгмюра-Блоджэтт (ЛБ), С , '. :)обусловлено как значением этой проблемы для технических приложений в молекулярной микроэлектронике,так и собственным теоретическим интересом. Исследование двумерных систем, к которым можно отнести границы раздела в системах ЖК-твердое тело, пленки Лэнгмю-ра-Блоджетт представляют фундаментальный интерес для физики конденсированных состояний ,в частности, низкоразмерных систем. Жидкие кристаллы являются чувствительными к различного рода., внешним воздействиям : вариациям температуры, включению электрических и магнитных полей и т.п. и с этой точки зрения могут служить удобными модельными объектами ориентационно-упорядо-ченных систем для исследования фазовых переходов. Многие важные в научном и практическом отношении свойства ЖК-пленок на твердой подложке обусловлены наличием ориентирующей поверхности. ' Изменение структуры ЖК при фазовом переходе зависит от структуры и свойств приграничного слоя. Высокая чувствительность делает ЖК-материалы удобными в технических приложениях. К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал по исследованию ориентирующего действия подложки на переориентационные процессы в жидких кристаллах. В большинстве теоретических работ по изучению фазовых переходов в ЖК исследуется объемная фаза,но многие особенности структуры, обуслов-
ленные граничными эффектами,при этом опускаются. Исследование воздействия поверхности на характер переориентации имеет важное значение для определения роли различных взаимодействий в образовании и перестройке как структуры поверхностного слоя, так и структуры всего образца.
Фазовые диаграммы ЖК-систем могут иметь сложный характер, то есть иметь критические и трикритические точки, в окрестности которых наблюдаются аномалии физических свойств, сосуществуют фазы различных модификаций и т.д. Изучение особенностей структуры в критической области ориентационного перехода, обусловленной, в частности, неоднородностью поверхности раздела, исследование влияния стохастичности среды на структуру ЖК и фазовые переходы требует последовательного анализа и применения комплекса теоретических подходов.
В последние годы заметно возрос интерес к исследованию сверхструктур в кристаллах,период которых несоизмерим с периодом основной решетки и изучению фазовых переходов между соизмеримыми и несоизмеримыми фазами. Влияние поверхности на эти процессы остается не до конца выясненным.
Жидкие кристаллы могут служить удобными модельными объектами для изучения поверхностных явлений , так как они характеризуются определенной упорядоченностью структуры и благодаря высокой восприимчивости быстро реагируют на изменение внешних условий, в частности, условий на поверхности образца.
Цель диссертационной работы заключалась в теоретическом исследовании поверхностных ориентационных переходов в системах с ориентационным параметром порядка на примере жидких кристал-
лов, моделировании термодинамического потенциала поверхности нематических ЖК (НЖК) и анализе на его основе спонтанных и индуцированных фдзовых переходов в НЖК с учетом неоднородностей поверхности подложки и флексоэлектрических свойств материала. Научная новизна и практическая ценность работы.
На основе анализа межмолекулярных взаимодействий на границе раздела: нематический Ж-твердая подложка предложена модель свободной энергии поверхности. Исследованы спонтанные фазовые переходы и показана возможность существования переходов первого и второго рода. Показано наличие скачка поверхностного натяжения НЖК при фазовых переходах первого и второго рода. Построены соответствующие фазовые диаграммы.Исследованы индуцированные электрическим полем фазовые переходы и фазовые-, диаграммы в НЖК с учетом флексоэлектрического взаимодействия. Проведенные расчеты показали, что влияние флексоэлектрического эффекта на ориентационные процессы в НЖК может быть существен-, ным. Флексоэлектрическое взаимодействие обуславливает фазовый переход по полю в компенсированных НЖК.При определенных условиях (в случае слабого сцепления молекул с поверхностью) флексоэлектрическое взаимодействие может быть сравнимо с диэлектрическим . Теоретически исследованы фазовые переходы в НЖК со стохастической структурой поверхностного слоя. Построен термодинамический потенциал флуктуирующей системы и определен размер области критических флуктуации. Показано, что индуцированный полем переход между симметричными фазами в стохастической системе сопровождается образованием структуры с ближним ориен-тационным порядком.
Проведенные исследования позволяют с единой точки зрения описать фазовые переходы на поверхности нєматического ЖК. В рамках развитой континуальной теории удается объяснить наблюдаемые при переориентации зависимости основных физических величин и предсказать появление новых поверхностных образований (стохастической структуры,которую можно определить как аспе-рострукткру в НЖК и модулированных структур типа "статических вихрей").
Изучение спонтанных и индуцированных полем поверхностных фазовых переходов представляет интерес для фундаментальной теории и технических приложений. Полученные результаты важны для понимания механизмов ,отвечающих за процессы переориентации в КЖК, а также для дальнейшего развития нового направления теории поверхностных фазовых переходов , связанного с исследованием модулированных поверхностных струкутур. Исследование индуцированных электрическим полем фазовых переходов в НЖК с флексоэлектрическим взаимодействием имеет практическую ценность, так как открывает новые возможности контроля электрическим полем поверхностных неустойчивостей в НЖК,что широко используется при разработке электрооптических приборов на ЖК-основе.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на Европейской конференции по жидким кристаллам (Курмэйор(Италия), 1991), Всесоюзной школе-симпозиуме по физике магнитных явлений (Алушта, 1993). Международном симпозиуме по теоретической физике "Коуровка-94" (Екатеринбург, 1994), а также на конференциях "Новые магнитные материалы
- 7 -для микроэлектроники" (Новгород,1990, Москва, 1994).
Публикации. По материалам диссертации опубликивано 10 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и списка цитируемой литературы, содержащего ЮЗГ наименованиа Диссертация изложена на 11S страницах и содержит 10 рисунков.
