High resolution X-ray diffraction study of Smectic A - Smectic A phase transitions in a binary mixture of polar thermotropic liquid crystals

With the help of the synchrotron radiation facility LURE, we have studied the following mesogenic phase sequence : Smectic A1 (monolayered) - fluid antiphase with a rectangular 2D lattice - Smectic A2 (bilayered), we have shown the existence of two ribbon phases with rectangular lattices of different symmetries. Besides the centred rectangular phase already described (SÃ) in which the two kinds of antiphase domains have an equal weight, we have found a second phase with a simple rectangular lattice in which the relative weight of the two kinds of domains varies with temperature until the SA2 phase is reached. In the centred rectangular phase, the in-layer periodicity increases with decreasing temperature while it remains constant in the simple rectangular phase. The transition temperature between these two phases exhibits a hysteresis of a few degrees.Utilisant le rayonnement synchrotron de LURE, nous avons étudié la séquence de phases mésogènes suivante : Smectique A1 (couches monomoléculaires) - Antiphase fluide à réseau rectangle bidimensionnel - Smectique A2 (couches bimoléculaires). Nous avons pu montrer qu'il peut exister deux phases en ruban à réseau rectangle de symétrie différente. A la phase précédemment décrite SÃ qui correspond à une altemance périodique, parallèlement aux couches de domaines antiphases d'égale importance mais de largeur croissant lorsque la température décroît, succède une seconde phase de période constante mais dans laquelle l'une des deux sortes de domaines antiphases décroît au profit de la seconde pour disparaître complètement lorsqu'on atteint la phase Smectique A2. La transition entre les deux phases bidimensionnelles s'accompagne d'un hystérésis thermique de plusieurs degrés

Structures des phases mésomorphes formées de molécules discoïdes

Les mésophases de molécules discoïdes forment deux classes :

Description d'un montage permettant l'étude des défauts ponctuels par diffusion de rayons X

We have built an apparatus for observing weak X-ray scattering near the incident beam. Very good sensitivity is given by a point focusing system and cylindrical symmetry. It is thus possible to study the distribution of point defects in crystals, if their concentration is large enough.Nous avons mis au point un montage pour observer de faibles diffusions des rayons X autour du faisceau incident. La collimation ponctuelle et la symétrie cylindrique donnent à cet appareil une très grande sensibilité. Il nous est ainsi possible d'étudier la répartitiondes défauts ponctuels dans le réseau si leur concentration est suffisante

Croissance épitaxique de phases smectiques ordonnées sur du mica

It is shown by X ray diffraction studies of the textures of smectic B and E phases grown on muscovite mica that : 1. the molecules of the liquid crystal are parallel to the cleavage face of mica. There are three possible orientations of the molecules rotated by 120° against each other ; 2. for a domain in which all the molecules are parallel (few mm2 of area), there are two possible orientations of the hexagonal lattice of the smectic layers characteristic of the Sm B phase. These two orientations correspond to a rotation of 30° of the lattice around the sixfold axis ; 3. for the Sm E phase, the situation is more complicated and there are five different orientations of the pseudo-hexagonal lattice of the smectic layer for one possible direction of the molecules.L'étude par diffraction des rayons X de textures de phase smectiques ordonnées B et E sur du mica muscovite permet d'établir que : 1. les molécules du cristal sont parallèles aux plans de clivage du mica et peuvent prendre 3 orientations privilégiées situées à 120° les unes des autres ; 2. dans un domaine où les molécules sont parallèles (domaine qui peut atteindre plusieurs mm2), il y a deux orientations possibles du réseau hexagonal des couches smectiques, caractéristique de la phase Sm B. Elles se déduisent l'une de l'autre par une rotation de 30° autour de l'axe des molécules ; 3. dans la phase S m E, le réseau dans la couche smectique est pseudohexagonal et on peut avoir 5 orientations différentes du réseau plan des couches smectiques

Vacancy-interstitial pairs in ordered smectic phases : a linear Guinier-Preston zone behaviour

An original diffuse X-ray scattering pattern is observed for single domains of three-dimensionally ordered Smectic B and G phases : a fairly sharp white line going through the center of the reciprocal space is associated with a periodic set of parallel and equidistant black lines of similar shape. It is demonstrated that this set of lines is the signature of a linear defect consisting in a localized vacancy surrounded by a delocalized interstitial. As a matter of fact such defect display the crystalline properties of the Smectic B and G phases. The relation between these defects and the molecular orientational disorder as well as the consequence upon the static and dynamical elastic properties of these phases are discussed.Les clichés de diffraction obtenus sur des monodomaines de phases smectiques B et G présentent une succession de lignes contrastées parallèles et équidistantes, une ligne centrale blanche étant associée à une série de lignes noires de même forme. On montre que ces lignes forment la signature d'un défaut linéaire constitué d'une lacune moléculaire entourée d'un interstitiel délocalisé sur dix à quinze sites. La présence de tels défauts met l'accent sur le caractère tridimensionnel périodique de l'organisation dans ces phases. Nous discutons des relations de ces défauts avec le désordre orientationnel moléculaire ainsi que de leur influence sur les propriétés élastiques statiques et dynamiques de ces systèmes

Mesomorphic side chain polysiloxanes : a structural study of the smectic B phase

This paper presents an X-ray diffraction study of the smectic B (S B) phase that some mesomorphic side chain polysiloxanes display. Since no true monocrystals were available, this study was performed on magnetically aligned samples which possess a fiber geometry. We have first investigated the structure of this polymeric SB phase. Its organization is similar to those of the classical SB phases (of small mesogens) : the mesogenic cores are perpendicular to the layers and, within a layer, packed on a 2D hexagonal lattice. The polymeric backbones are confined between the layers of mesogenic cores, in a width of 6 ± 1 Å along the director. We discuss this structure in relation to those of the crystals that some polymers of the same series display and then to those of the classical SB phases : from the first point of view, it appears that the polymeric S B phase may be regarded as a 2 dimensional « paracrystal ». From the second one, the lack of a true monocrystal of the polymeric SB phase prevents us from definitely identifying it as a stacked hexatic phase. We have then investigated the fluctuations which affect the structure of this polymeric SB phase. As in classical SB phases, the mesogenic cores within a layer, pack themselves locally on a 2-dimensional herring bone array of cohérence length of the order of 20 Å. Moreover, in the polymeric SB phase, this short range order is also correlated along a few adjacent layers by the polymeric backbones. In addition, the polymeric nature of the compound induces a transverse probably displacive local modulation of the layers (undulations). Its cohérence length is also roughly 20 Å. This modulation is strongly coupled to the 2-dimensional hexagonal lattice and might also be coupled to the herring bone array. Longitudinal motions of the mesogenic cores about their mean positions in the layers have been detected too. Some of these motions are usually seen in the classical SB phases whereas the others are more complicated and difficult to represent in direct space. We briefly analyse them in terms of transverse displacive waves similar to phonons.Cet article décrit une étude structurale par diffraction des rayons X de quelques polysiloxanes mésomorphes en peigne, en phase smectique B (S B ). Comme nous ne disposions pas de véritables monocristaux, cette étude a été faite sur des échantillons alignés sous champ magnétique et présentant donc une géométrie de « fibre ». Nous présentons d'abord la structure de cette phase SB polymère. Son organisation est similaire à celle des phases SB classiques (de mésogènes conventionnels) : les cœurs mésogènes sont perpendiculaires aux couches et, dans une seule couche, sont empilés en un réseau hexagonal à deux dimensions. Les squelettes polymères sont confinés entre les couches de cœurs mésogènes, dans une épaisseur de 6 ± 1 Å le long du directeur. Nous comparons cette structure avec celles des cristaux formés par certains polymères de la même série et avec celles des phases SB classiques. Du premier point de vue, il semble que la phase SB polymère puisse être considérée comme un « paracrystal » bidimensionnel ; du second, le fait que nous ne disposions pas d'un vrai monodomaine de phase SB polymère nous empêche de l'identifier comme une phase hexatique B. Nous présentons ensuite les fluctuations qui affectent la structure de cette phase SB polymère. Comme dans les phases SB classiques, les cœurs mésogènes, au sein d'une couche, se placent localement aux nœuds d'un réseau de type chevrons avec une longueur de cohérence de l'ordre de 20 Å. De plus, dans la phase SB polymère, les squelettes corrèlent cet ordre à courte distance sur quelques couches voisines. Par ailleurs, la. nature polymérique du composé induit une modulation transverse probablement displacive des couches (ondulations). Sa longueur de cohérence vaut aussi environ 20 Å. Cette modulation est fortement couplée au réseau hexagonal bidimensionnel et pourrait être aussi couplée aux fluctuations de type chevrons. Des mouvements longitudinaux des cœurs mésogènes autour de leurs positions moyennes dans les couches ont aussi été détectées. Certains de ces mouvements ont fréquemment été observées dans les phases SB classiques tandis que d'autres sont plus compliqués et difficiles à visualiser dans l'espace direct. Nous les analysons brièvement en termes d'ondes de déplacement transverses semblables à des phonons

Evidence of tilted monolayer cybotactic groups in a partially bilayer SA phase

A study using X-ray diffraction for 4 nonanoate 4' cyanobiphenyl (8 COO CB) shows that the SA phase has a partially bilayer structure with layer thickness d = 1.4 L (L : molecular length). It also shows monolayer fluctuations inside this phase. Moreover, it points out that there exist skewed cybotactic groups of single molecules in the partially bilayer S A phase in the supercooled range of the SA phase. The size of these groups is about 500 molecules, the tilt angle is about 35°. A study using dielectric relaxation for this compound has also been performed. It shows that the activation energy for reorientational movement of the molecule has unusual behaviour. With decreasing temperature, this energy decreases to the N-SA transition but it increases in smectic supercooled range. Variations obtained are in agreement with information obtained from X-ray experiments.Une étude en diffraction de rayons X du 4 nonanoate 4' cyanobiphényle (8 COO CB) montre que la phase SA est de type partiellement bicouche avec une épaisseur de couche valant 1,4 L (L : longueur moléculaire). Elle met aussi en évidence des fluctuations monocouches dans la structure partiellement bicouche. De plus, elle montre que dans la gamme de température correspondant à la phase smectique en surfusion, des groupes cybotactiques monomoléculaires de structure SC apparaissent dans la phase SA. L'étendue des groupes est de l'ordre de 500 molécules et l'angle d'inclinaison des molécules est de 35° environ. Une étude en relaxation diélectrique sur ce composé a été faite. Elle indique que l'énergie d'activation du mouvement de réorientation de la molécule varie de façon inattendue. Lorsque la température décroît, l'énergie diminue à la transition N-SA mais elle augmente pour les températures correspondant à la phase SA en surfusion. Les variations relevées sont en accord avec les renseignements obtenus à partir des expériences de rayons X

STRUCTURAL STUDY OF THE LAMELLAR TO COLUMNAR TRANSITION IN THERMOTROPIC LIQUID CRYSTALS : THE THERMOTROPIC CUBIC PHASE OF SOME PHASMIDIC MOLECULES

Le polymorphisme thermotrope des molécules phasmidiques à quatre chaînes se compare à celui des systèmes lyotropes. En particulier, certaines séries d'homologues présentent une phase intermédiaire de symétrie Im3m entre une phase lamellaire et une phase colonnaire. Des phasmides à trois chaînes présentent cette même phase. Nous avons mesuré les paramètres de maille su. quelques composés purs ainsi que sur des mélanges binaires. Il est possible, à partir de ces données, de calculer les caractéristiques structurales telles que l'épaisseur d'une couche moléculaire et l'aire par chaîne pour un modèle d'organisation où deux labyrinthes feuilletés sont séparés par une surface minimale périodique.The thermotropic mesomorphism of four-chains phasmids is similar to that of lyotropic systems. A cubic Im3m mesophase can be detected between a lamellar phase on one side and a columnar phase on the other side. Moreover, the same cubic phase is found for some three-chains phasmids. The lattice cell unit of this phase has been measured for several pure compounds and for binary mixtures. These measurements are consistent with a model of the molecular organisation in which two labyrinthes, each made of two molecular layers, are delimited by a periodic minimal balance surface. The layer thicknesses and the mean chain area are calculated on the basis of this model

Evidence by X-ray scattering of defects in the lamellar stacking of the SmA phase of a side-chain polymer

An X-ray diffraction pattern in the SmA phase of a mesomorphic side chain polymethacrylate displays some unusual diffuse lines in addition to the elements already described. We account for these lines by introducing some defects which disturb the lamellar order. Such defects may be the places where the polymer main chain hops from one layer to an adjacent one.Nous avons effectué une expérience de diffusion des rayons X sur un polymère mésomorphe en peigne (polyméthacrylate) en phase smectique A. L'allure générale du cliché est classique ; toutefois, on repère l'existence d'intensité diffusée localisée sur des lignes inhabituelles. Nous expliquons l'apparition de cette intensité par la présence de défauts dans la phase SmA. Ces défauts pourraient être les zones où les chaînes principales sautent d'une couche à la suivante