Введение к работе
Актуальность работы. Жидкие кристаллы были открыты еще в конце прошлого столетня. Однако широкой известности, результаты этих исследований не получили, вероятно, в связи с тем, ЧТО | жидкие кристаллы (ЖК) ие находили практического применения. ' ]
Жидким кристаллом или мезоморфным состоянием называет- і ся такое состояние вещества (от греческого слова меэос, что значит _ I промежуточный), в котором оно обладает одновременно свойствами , твердого тела (пространственная анизотропия физических свойств) и | свойствами жидкости (высокая пластичность, доходящая до текуче- | с ти, способность к образованию капель, отличных по форме от обычной жидкости и т.п. Известны три группы жидких кристаллов: тер- | мотроппые, лиотропные и фототропные. ТермотропнЫе кристаллы образуются в процессе нагревания твердого вещества и существуют в некотором интервале температур Я давлений. Лиотропные кристал- > лы возникают при растворении некоторых твердых кристаллов в определенных' растворителях, при этом область их существования ограничена определенными значениями концентраций q и е%. К третьей группе относятся вещества, обладающие свойством фототропии, т.е. обратимого изменения окраски под влиянием освещения.
Для характеристики расположения молекул в Мезофазах вво- ,' дится единичный вектор й, указывающий направление преимущественной ориентации длинных осей молекул. Его принято называть «директор». Директор феноменологически характеризует дальний порядок в расположении молекул, поэтому жидкие кристаллы можно хлассифицировать в зависимости от ориентации директора по отношению к центрам масс молекул.
Наиболее простой тип жидких кристаллов, по своей структуре, . называется нематическими жидкими кристаллами (НЖК). Структурно НЖК можно представить, в первом приближения, как вещество состоящее из стержневидных молекул.
Вурвое развитие физики жидких кристаллов в начале 60 - х годов связывается с применением жидких кристаллов для систем отображения и записи информации, Например, плоских дисплеев и телевизоров.' Здесь наиболее ваяснь! разнообразные электрооптиче-ские эффекты, связанные с переориентацией молекул ЖК в элек-
трических полях. В настоящее время создание новых электросхгги-ческих устройств язляется наиболее нлтнансХ областью использования ЖК. Известно что, большинство электрооптических эффектов В ЖК имеет аяустооптичесвие аналоги. С другой стороны, интерес к исследованиям анустооптичесхих эффектов вызывается возможностью нк использования для обработки акустической информации и модуляции оптического Излучения. Эта возможность обусловлена измеяейяеи двулучепреломления слоя нематического жидкого кристалла под действием продольных и сдвигопых деформаций, в результате Чего изменяется интенсивность, поляризация и частотный спектр прошедшего Через; слой оптического сигнала.
Таким образом, В связи с тем, что электраоптические эффекты достаточно полно изучены, а акустоаптнческие широко исследуются, 'актуальным является изучение влияния электрических и магнитных полей На акусТооитические явления.
Цель работы. Цель настоящей диссертационной работы изучение образований и динамики вихревой структуры В слое кемати-ческого іКЛдкоі-о кристалла при одновременном воздействии акустических, электрических и магнитных полей.
Для указанное цели ставились следующие задачи: І. Создание экспериментальной установки для Получения и исследования вихревой структуры в слое ШКК.
-
Разработка методики Исследования динамики вихревой структуры в cjioe №1{К.
-
Определение периода распространения фазовой волны.
'4. Изучение влигііІНЯ геометрических Параметров на динамику вихревой структуры.
5. Изучение ВЛИЯНИЯ магиитиых полей на динамику вихревой структуру.
Б. ЙзуЧеИНе взаимодействия фазовой волны с границей раздела ЖК - Твердое тело.
7. изучение йзаимодеЙсТвиЯ фазовой волны с границей раздела гомеотроппо ориентированный Жидкий кристалл - наклонно ориентированный жидкий іфіісталл.
8. Изучение процесса возникновения дефектов вихревой структуры, «х взаимодействие между собой и взаимодействие дефекта с активным центром генерации фазовых волн.
Научная новизна. Новизне проведенных исследований Может быть сформулирована следующим образом:
-
Впервые экспериментально изучены образование и динами- ! ка вихревой структуры в слое нематвческого жидкого кристалла при . одновременном воэдейстпии акустических, электрических и магнитных полей.
-
Впервые экспериментально показано влияние магнитных полей на период распространения фазовой волны. і
-
Впервые экспериментально изучено взаимодействие фазовой \ волны с границей раздела ЖК - твердое тело.
-
Впервые экспериментально изучено.взаимодействие фазовой волны с границей раздела гомеотропно ориентированный жидкий кристалл - наклонно орпентированвый жидкий кристалл. '
' 5. Впервые экспериментально изучен Процесс возникновения дефектов вихревой структуры, их взаимодействие между собой и взаимодействие дефекта с активным центром генерации фазовых волн.
В работе защищаются следующие положения;
-
Эффект возникновения локального вращения и фазовых автоволн как следствие нелинейного взаимодействия Поля скоростей и директора в нематических жидких кристаллах при нулевых граничных условиях.
-
Образование в вихревой решетке дефектов является следствием эффекта проскальзывания фазы.
Практическая ценность работы. Практическое значение работы состоит в следующем:
1. Обнаруженный эффект преобразования высокочастотных "сдвиговых колебаний ультразвукового диапазона в низкочастотное локальное вращение директор;; в НЖК, позволяет создать преобразователи высокочастотных электрических или сдвиговых Колебаний в низкочастотные оптические. Что является особенно актуальным
в'саязи с переходом современной техники на использование оптических сигналов d области сиязіг, вычислителыгой техники и т. д.
2. Эксперименты и теоретические расчеты показали, что отдельный вихрь является плоской линзой Френеля. Используя результаты работы молено создать плоскую линзу Френеля с переменным фокусным расстоянием управляемым электрическими или магнитными полями.
Апробация работы. Основные результат ы диссертационной работы докладывались иа 14-ой Международной конференции по жидким кристаллам (Италия, Пиза, 1992), Международная Гордонская конференция >'о жидким кристаллам (США, Вольфборо, 1993), 5-я Международная конференция по оптике жидких кристаллов (Лзн-грия, Бататон, 1993) 15-ой Международной конференции по жидким кристаллам (Венгрия, Будапешт, J994), Всерос. конференция по программе "Университеты России" (Уфа, 1994), 2-я Всерос. конференция студентов - физиков (Екатеринбург, 1994), Конференция молодых ученых-физиков Башкортостана (Уфа, 1994), Мелсдународная европейская конференция до жидким кристаллам (Словения, 1995).
. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 134 наименований. Она изложена на 158 страницах машинописного текста, включая 32 рисунка и 5 таблиц.