работа (стр. 4 из 5)

подтвердили справедливость соотношения (2.3.4) [23].

Глава 3. Экспериментальная часть.

§3.1.Регистрация электрооптического отклика С*ЖК

Под электрооптическим откликом жидкого кристалла понимается изменение светопропускания жидкокристаллической ячейки при изменении напряжения, приложенного к слою ЖК. Существуют стандартные приёмы регистрации электрооптического отклика [11], которые были использованы и в данной работе в соответствии с блок-схемой электрооптической установки, собранной Е.П.Пожидаевым (рисунок 3.1). Особенностью этой установки, удобной при работе с С*ЖК, являлась возможность одновременной регистрации электрооптического отклика, тока переполяризации и интеграла от тока переполяризации, то есть Р(t).

Рисунок 3.1. Блок-схема регистрации электрооптического отклика, тока переполяризации и зависимости Р(t) сегнетоэлектрических ЖК: 1 – генератор импульсов управляющего напряжения, электрооптическая ячейка на основе СЖК, 3 – осциллограф, 4 – источник света, 5 – фотоумножитель или фотодиод, Р – поляризатор, А – анализатор,

- резистор для регистрации тока переполяризации, - конденсатор для интегрирования токов переполяризации. См. Дополнение А.

Для регистрации электрооптического отклика С*ЖК ячейка помещалась на поворотный столик между скрещенными поляризатором и анализатором. Поворот ячейки между скрещенными поляроидами позволял измерять ещё и угол наклона молекул в смектических слоях, как это изложено в работах [11, 23]. В качестве источника света чаще всего использовались либо гелий-неоновый лазер, либо лампа подсветки микроскопа. При необходимости изменения длины волны источника света, в комбинации с лампой подсветки микроскопа применялись интерференционные фильтры.

Типичная форма кривой электрооптического отклика показана на рисунке 3.2. Регистрация откликов в электронном виде осуществлялась с помощью осциллографа С1-91, их обработка – в программе Origin 6.1 или 7.0.

Рисунок 3.2. Управляющее напряжение на С*ЖК ячейке

(верхняя кривая) и сигнал

ФЭУ (нижняя кривая).

Измерение проведено по

схеме рисунка 3.1, толщина

слоя С*ЖК-65

= 17,5

мкм, Т=25^°С, источник света –

He-Ne лазер.

§3.2.Измерение спонтанной поляризации методом интегрирования токов переполяризации

Интегрирование токов переполяризации сегнетоэлектриков – это один из первых методов определения спонтанной поляризации, предложенный ещё в 1930 году Сойером и Тауэром [24]. Аналогичный по физической сущности метод измерения спонтанной поляризации сенгетоэлектрических жидких кристаллов предложен в 1977 году Мартино – Лагардом [25]. Эти методы основаны на том обстоятельстве, что плотность тока переполяриации

равна скорости изменения плотности поверхностных зарядов , равной (в системе СГС) величине макроскопической поляризации Р:

(3.2. 1).

Поляризацию

получают, интегрируя экспериментальные зависимости либо [25], либо [24]. Различаются и способы интегрирования. Для измерения спонтанной поляризации в данной работе использовался метод интегрирования токов переполяризации, изложенный выше в разделе 3.1. На нижней кривой рисунка 2.15 б можно видеть две составляющих интеграла от тока переполяризации. Быстрая составляющая представляет собой отклик, связанный с высокочастотной частью диэлектрической проницаемости , медленная - со спонтанной поляризацией. Спонтанная поляризация вычисляется по формуле [26]:

(3.2. 2),

где S – площадь поверхности С*ЖК, ограниченная проводящими электродами ячейки.

Рисунок 3.3: а) Блок-схема установки интегрирования токов переполяризации С*ЖК из работы [257]: 1 – генератор знакопеременных прямоугольных импульсов, 2 – осциллограф, 3 – СЖК ячейка; б) – эпюры напряжения на экране осциллографа. Верхняя кривая – напряжение, приложенное к ячейке, нижняя кривая – напряжение на конденсаторе С.

§3.3.Оптическая ячейка.

Образец ЖК можно считать монокристаллическим, если имеет место не хаотичная, вполне определенная упорядоченность длинных осей молекул во всем объеме образца. Это условие можно выполнить при толщине слоя жидкого кристалла 1÷100 мкм. Для создания пространственно однородного (монодоменного) образца ЖК используется оптическая ячейка, схема которой показана на рис.3.

а	б
в
Рис.3 Фотография ЖК-ячейки (а), схема ЖК ячейки: вид сверху (б), вид сбоку (в)

ЖК-ячейка представляет собой две стеклянных пластинки с напыленным на них прозрачным токопроводящим покрытием. Чаще всего в качестве такого покрытия используются напыляемые на стекло тонкие (50¸150 нм) слои смесевого полупроводникового материала In₂O₃(90%)+SnO₂(10%) (indium-tin oxide, ITO). Для создания анизотропной поверхности с целью получения монодоменного образца на проводник наносится слой ориентанта (возможно нанесение только на одну из подложек). Ориентация молекул, при которой их длинные оси преимущественно перпендикулярны подложкам, называется гомеотропной; если длинные оси молекул параллельны подложкам, ориентация планарная.

Величина зазора между стеклянными пластинами задается диэлектрическими прокладками - спейсерами. Подготовленная таким образом ячейка нагревается, ЖК наносится на контактную область как можно ближе к зазору; под действием температуры СЖК переходит в изотропное состояние и втягивается в зазор между подложками за счёт капиллярных сил. Применявшиеся в работе ячейки обладали следующими характеристиками: толщина зазора 4,75 мкм; рабочая площадь 1-1,4 см²; проводящий слой – ITO; ориентирующее покрытие наносилось только с одной стороны (асимметричные граничные условия).

Глава 4.Результаты.

§4.1. Экспериментальное исследование температурной зависимости спонтанной поляризации и параметра порядка сегнетоэлектрического смектика-С.

На рисунке 4.1 представлены измеренные температурные зависимости зависимости спонтанной поляризации и угла наклона смектических слоев для С*ЖК – 533(по классификации ФИАН), в которых явно просматривается S-образный вид данных кривых, что находится в полном согласии с теорией Ландау фазовых переходов. В этой теории было показано, что при сегнетоэлектрических фазовых переходах второго рода спонтанная поляризация уменьшается с ростом температуры по закону

, а в присутствии внешнего электрического поля эта зависимость искажается в результате появления наведенной поляризации.

Рисунок 4.1. Измеренные температурные зависимости спонтанной поляризации и угла наклона.

На рисунке 4.2 представлен рассчитанный на основании этих результатов график температурной зависимости отношения спонтанной поляризации к углу наклона

.

Как следует из графика, для С-фазы данное отношение практически постоянно и наблюдается лишь его небольшое уменьшение с ростом температуры. После фазового перехода величина

довольно быстро

стремится к нулю. Т.о., в обеих фазах С*ЖК – 533 наблюдается

Рисунок 4.2. Вид кривой отношения спонтанной поляризации к углу наклона в зависимости о температуры. Излом при 46⁰ связан с фазовым переходом из С-фазы в фазу А (точное значение 48⁰).

пропорциональность

~ , что говорит о том, что данный кристалл является псевдособственным сегнетоэлектриком.

§4.2. Экспериментальное исследование поляризации и диэлектрической восприимчивости при наличии полиморфизма полярных фаз.