Dynamics of cholesteric structures in an electric field

Motivated by Lehmann-like rotation phenomena in cholesteric drops we study the transverse drift of two types of cholesteric fingers, which form rotating spirals in thin layers of cholesteric liquid crystal in an ac or dc electric field. We show that electrohydrodynamic effects induced by Carr-Helfrich charge separation or flexoelectric charge generation can describe the drift of cholesteric fingers. We argue that the observed Lehmann-like phenomena can be understood on the same basis.Comment: 4 pages, 4 figures, submitted to PR

Formation of a smectic A phase from a strongly deformed planar nematic liquid crystal CBOOA

The SmA phase is obtained after cooling of a strongly deformed planar nematic CBOOA. This phase first appears in the middle of the liquid crystal cell where the molecules are parallel to the applied electric field. The orientation of the smectic layers in the boundary regions depends on the strength of the electric field, on the rate of cooling and on the strength of the surface anchoring. At higher electric fields matching to the boundary conditions is made with a system of confocal domains with ellipses degenerated into circles and hyperbolae degenerated into straight lines. Filling of space is mainly random rather than Appolonian and stops when confocal domains have some critical circular radius which depends on the strength of the surface coupling. The surface energies in the smectic and nematic phases are also calculated.On refroidit une couche nématique planaire déformée de CBOOA pour passer en phase smectique A. Cette phase apparait d'abord au milieu de la cellule, là où les molécules sont parallèles au champ électrique appliqué. L'orientation des couches smectiques près des surfaces dépend de la force du champ électrique, de la vitesse du refroidissement et de la force d'ancrage des molécules aux surfaces limites. Pour des champs électriques très élevés, l'adaptation aux conditions d'ancrage se fait par des domaines confocaux dans lesquels l'ellipse est dégénérée en un cercle et l'hyperbole en une droite. Le remplissage de l'espace est plus aléatoire qu'Appolonien et s'arrête pour des domaines confocaux dont le rayon critique dépend de la force d'ancrage. On calcule l'énergie d'ancrage

Behaviour of a Sm C disclination line s = + 1/2 with a partial twist under a magnetic field

The theoretical results of Allet, Kléman and Vidal [15] for the behaviour of the Sm C disclination s = + 1/2 with a partial twist are extended to the case of a magnetic field applied along the cylinder axis. The solution has shown that a critical magnetic field exists above which the disclination with a jump is transformed into a usual edge-disclination without twist. This makes possible the experimental determination of the 2 A 21 - A11 and 2 A12 - A 11 Sm C coefficient combination when A11 0.Les résultats théoriques de Allet, Kléman et Vidal [15] sur le comportement d'une disinclinaison s = + 1/2 avec torsion partielle dans un smectique C ont été étendus au cas où un champ magnétique est appliqué le long de l'axe cylindrique. On montre qu'il existe un champ magnétique critique au-dessus duquel la disinclinaison avec saut se transforme en une disinclinaison ordinaire sans torsion. On peut déterminer expérimentalement les combinaisons de constantes élastiques 2 A21 - A11 et 2 A12 - A11 lorsque A11 est négatif ou A 11 - 2 A21 et A11 - 2 A 12 lorsque A11 est positif

Influence of second-order elasticity on local Frederiks transitions near a nematic liquid crystal-anisotropic crystal interface

The influence of second-order elasticity (K13 ≠ 0) on local Frederiks transitions is considered theoretically in this paper. The threshold conditions are corrected considerably for the two basic transitions in the alignment of the nematic liquid crystal : homeotropic-conical and conical-planar. Spontaneous deformations appear for some values of K13 ≷ 0.On a étudié théoriquement l'influence de l'élasticité du second ordre ( K13 ≠ 0) sur la transition locale de Fredericks. Les conditions de seuil sont corrigées considérablement dans les deux transitions fondamentales de l'orientation du cristal liquide nématique homéotrope-conique et conique-planaire. A certaines valeurs de K13 ≷ 0, on observe des déformations spontanées

Parallel and cross-like domains due to d.c. and low frequency (< 2 Hz) electric fields in nematic liquid crystal layers with negative dielectric anisotropy

Parallel and cross-like domains due to d.c. and low frequency (< 2 Hz) electric fields, in nematic liquid crystal layers with negative dielectric anisotropy — MBBA and 440 are obtained experimentally and investigated. The basic experimental results are : the easy reproducibility of the parallel domains particularly in tilted LC layers 5-90 μm with weak anchoring, synthesized on Schiff bases and when the cover glasses are treated with a surfactant — common soap; the creation of cross-like domains in thin homeotropic layers; the demonstration that these domains arise in the cathode region due to the strong inhomogeneous electric field which brings about a periodic bend-splay usually divided by disclinations. Out of the known electrostatic and electrohydrodynamic mechanisms only the flexoelectric effect, due to the gradient electric field, can explain the initial formation of these domains.On étudie les domaines parallèles et croisés obtenus par application de champs électriques continus et basse fréquence (< 2 Hz) sur des cristaux liquides MBBA et 440 à anisotropie de susceptibilité diélectrique négative. Les principaux résultats sont : — la reproductibilité des domaines parallèles particulièrement pour des couches inclinées d'épaisseur 5-90 μm avec un ancrage faible assuré par un agent tensio-actif (savon) ; — la création de domaines en croix dans des couches minces homéotropes ; ces domaines apparaissent dans la région de la cathode et sont dus au fort champ inhomogène générateur de structures flexion-éventail séparées par des disclinaisons. Parmi les mécanismes électrostatiques et électrodynamiques connus, seul l'effet flexoélectrique dû à un gradient de champ électrique peut expliquer la formation de ces domaines

SECOND-ORDER ELASTICITY AND FIRST-ORDER FREDERIKS TRANSITIONS IN NEMATIC LIQUID CRYSTALS

On a étudié théoriquement l'influence de l'élasticité de second ordre (K13 ≠ 0) sur les déformations électrostatiques dans des couches homéotropes, planaires et tordues nématiques. L'anisotropie diélectrique peut être positive ou négative. Pour certaines valeurs des énergies de surface anisotrope K13 ≤ Wsd ≤ 3 K13 (d est l'épaisseur des couches) les déformations 0 – π/2 apparaissent soudainement dans les couches homéotropes nématiques (K13 > 0) ou dans les couches planaires et tordues nématiques (K13 0) or in planar or twisted nematic layers (K13 < 0). The effect of the hysteresis may be regulated with the aid of the surface anchoring energy

Polar flexoelectric deformations and second order elasticity in nematic liquid crystals

The influence of second order elasticity (K13 ≠ 0) on the flexoelectric polar deformations in a homeotropic (case A) and a homogeneous (case B) nematic layer with negative and positive dielectric anisotropy and an electric field normal to the layer is considered theoretically in this paper. The exact threshold condition is obtained, transcendental equations are solved numerically for different values of the anisotropic interfacial energies Ws1 and Ws2, the total flexoelectric coefficient e1z + e3x and K13. For K13 ≠ 0 and some values of Ws1 or Ws2 (critical values), the deformations start with a jump. The required electric energy for the appearance of the flexoelectric deformations (case A and B) is corrected considerably.On a étudié théoriquement l'influence de l'élasticité de second ordre (K 13≠ 0) sur les déformations flexoélectriques polaires dans une couche homéotrope nématique (cas A) et dans une couche planaire nématique (cas B). Le champ électrique est perpendiculaire à la couche, l'anisotropie diélectrique peut être positive ou négative. Les conditions de seuil exactes sont obtenues numériquement à partir des équations pour différentes valeurs des énergies de surface anisotropes WS1 et WS2, du coefficient flexoélectrique total e1z + e3x et de K13. Pour K13 ≠ 0 et quelques valeurs critiques de WS1 et WS2 les déformations apparaissent soudainement; l'énergie nécessaire à la création des déformations flexoélectriques (cas A et B) est considérablement modifiée

Total internal reflection from nematic liquid crystals

The attenuated total internal reflection (ATIR) conditions for a plane monochromatic wave, incident on the interface flint-glass prism-deformed homeotropic nematic layer with applied d.c. or high frequency a.c. electric field are considered. The theoretical results obtained with the aid of WBK method show that there are two essential conditions for the wave behaviour : the condition for the exponential variations of the electromagnetic wave components and the ATIR condition obtained from the requirement for equality between the moduli of the incident and the reflected amplitudes. Estimates for the influence of the lower limiting glass plate (e.g. the penetration depth of the evanescent wave) are made. The first two terms in the ATIR condition were used in the experiment performed with MBBA films. The surface energy of the liquid crystal molecules interacting with a thin lecithin layer giving a homeotropic orientation was determined to be in the range of 2 x 10-2 erg/cm2. The accuracy of the method is low in the range of deformation angles 0-5° (∼ 1°) and higher for the other regions. The total internal reflection measurements give new and important information about the formation of the double electric layers, the inhomogeneity of the electric field and the flexoelectric properties of the investigated liquid crystals.Les conditions de la réflection totale atténuée (CRTA) sont obtenues pour une onde plane, monochromatique et homogène polarisée rectilignement et se réfléchissant sur un plan séparant deux milieux : un milieu isotrope — (prisme de flint-glass) et un milieu anisotrope — (cristal liquide nématique homéotrope déformé sous l'action d'une tension constante ou alternative à fréquence élevée). Les résultats théorigues qui ont été obtenus avec la méthode de WBK montrent deux conditions essentielles pour le comportement de l'onde : une condition concernant les variations exponentielles des champs électromagnétiques et la condition CRTA obtenue à partir de l'égalité entre les modules des coefficients incident et réfléchi. L'influence de la plaque de verre (c'est-à-dire la profondeur de pénétration de l'onde évanescente dans le cristal liquide) a été estimée. Les deux premiers termes de la condition de réflexion totale atténuée ont été utilisés dans une expérience réalisée avec des couches de MBBA. L'énergie d'ancrage du cristal liquide interagissant avec une couche très mince de lecithine a été déterminée approximativement autour de la valeur de 2 x 10-2 erg/cm2. La précision de la méthode est faible pour les déformations comprises entre 0 et 5° (∼ 1°) et plus élevée pour les autres déformations. Les mesures de la réflexion totale atténuée donnent une information nouvelle et importante sur la formation des couches électriques doubles, l'inhomogénéité du champ électrique et les propriétés flexoélectriques des cristaux liquides examinés