Alignment of nematic liquid crystals on mixed Langmuir-Blodgett mono-layers

Mono-layers of stearic and behenic acids and mixtures of them in different proportions, deposited with the Langmuir-Blodgett technique, were used to study the alignment and the alignment dynamics in nematic liquid crystal cells. A relaxation process from a splay-bend flow induced metastable orientation to the homeotropic one occurs. The lifetime of the metastable state was found to depend on the mono-layer composition. The transition between the homeotropic and the conical anchoring was found to be irreversible in the case of the mixed aligning mono-layers: on cooling from the isotropic phase a quasi-planar nematic state (schlieren texture) appears. It is stable in a range of a few degrees below the clearing point and, on decreasing the temperature, relaxes to the homeotropic state in form of expanding domains.Comment: 9 pages, LaTeX2e article, 8 figures, 11 EPS files, submitted to Thin Solid Film

STUDIES OF DOMAINS, WALLS AND DISCLINATIONS IN THE SMECTIC C PHASE

Des domaines d'inclinaison opposée sont générés et étudiés dans des échantillons smectiques C avec des conditions limites qui donnent en principe une texture de type Schlieren quoique plus régulièrement ordonnée. Un nombre de faits caractéristiques de la phase C en tant que milieu vectoriel différent du cas nématique analogue sont remarqués et étudiés expérimentalement : une paroi fermée est équivalente à une famille de points singuliers et se transforme en une telle structure par recuit. Ceci est un exemple particulièrement illustratif des désinclinaisons par paires obéissant à une sorte de loi de conservation de la force de désinclinaison, analogue à la conservation de charge.Domains of opposite tilt are generated and studied in smectic C samples with boundary conditions in principle giving a Schlieren type, although more regularly ordered, texture. A number of features characteristic of the C phase as a vector medium and differing from the analoguous nematic case are pointed out and investigated experimentally : a closed wall is equivalent to a family of point singularities and transforms to such a structure on annealing. This is a particularly illustrating example of the disclinations being created pair-wise, obeying a kind of conservation law for disclination strength, analoguous to charge conservation

Surface induced alignment transition in a nematic layer with symmetrical boundary conditions

The inner surfaces of a cell of conventional type were covered with an SiO, aligning layer evaporated at an angle α = 60° and subsequently treated with lecithin in order to achieve symmetrical boundary conditions. The alignment of a nematic liquid crystal layer with negative dielectric anisotropy (Δε < 0) was found to be homeotropic below a critical temperature Tc, (low temperature range). Above that particular temperature the homeotropic alignment abruptly transforms into a planar one, which remains with increasing temperature up to the clearing point TNI (high temperature range). The alignment transition was found to be reversible, and is attributed to a packing change of the lecithin layer with the temperature. A simple model based on the different temperature dependence of the anchoring strengths W H, (T) and W P, (T), characterizing the homeotropic and planar alignment respectively, is proposed to explain the surface induced alignment transition

Tilt angle determinations in chiral and nonchiral smectic C phases using dielectric absorption spectroscopy

The temperature dependence of the tilt angle in the smectic C phase has been determined using a novel method based on dielectric absorption measurements in the smectic A and C phases, of both chiral and non-chiral compounds. The appropriate expressions for evaluating this tilt angle $\theta$ from dielectric absorption spectra are derived. The critical exponent for the tilt angle obtained by the dielectric method was found to be in good agreement with results from optical methods

Miscibility and DSC studies of some ferroelectric liquid crystals

Chiral smectic C mesophases thermodynamically stable at room temperature are desirable for the development of high-speed electro-optic devices. The elastic unwinding by treated surfaces can be obliviated by use of untwisted chiral smectic C mixtures. In order to find convenient binary solutions the properties of some of the interesting Schiff base materials have been revisited : measurements of temperatures and molar enthalpy changes at the transitions, phase identifications and determination of twist sense have been performed A new example of thermodynamically perfect (ideal) liquid, smectic A and C, monotropic smectic I and solid solutions of enantiomers is given. Examples of untwisted chiral smectic C binary mixtures thermodynamically stable at low temperatures are presented.Des mésophases smectiques C chirales thermodynamiquement stables à la température ambiante sont souhaitables pour les recherches sur les dispositifs électrooptiques rapides. La suppression de la torsion par des surfaces traitées peut être évitée par l'emploi de mélanges smectiques C chiraux sans torsion. Pour trouver des solutions binaires convenables quelques matériaux sont réétudiés : mesures des températures des transitions et des variations d'enthalpie molaire aux transitions, identifications de phases et déterminations des sens de torsion. Un nouvel exemple de solutions liquides, smectiques A et C, smectiques I métastables, et solides, thermodynamiquement parfaites, est donné. Des exemples de solutions binaires smectiques C chirales sans torsion, thermodynamiquement stables à basses températures, sont présentés

DYNAMICS OF ELECTROHYDRODYNAMIC INSTABILITIES IN NEMATIC LIQUID CRYSTALS

Nous étudions le problème des instabilités électrohydrodynamiques dans les cristaux liquides nématiques en orientation planaire, dans le contexte du modèle à une dimension proposé par Dubois-Violette, de Gennes et Parodi. Dans la première partie de cet article, nous résolvons analytiquement les équations du mouvement pour un champ électrique appliqué E dont la dépendance temporelle est une onde carrée de fréquence ν. Notre solution couvre tout le domaine des paramètres du matériau, y compris le cas où l'anisotropie diélectrique est positive ou négative, et est valide pour 0 ≤ ν ≤ 10 kHz pour un matériau typique. On obtient ainsi une détermination de la courbe du seuil d'instabilité qui montre en particulier que le seuil du régime de conduction est une courbe fermée régulière dans le plan E - ν, et dont la forme dépend du temps de relaxation diélectrique t, du temps de relaxation viscoélastique TH et du paramètre de gain de Helfrich ζ2. Nous traitons le cas pour toute épaisseur d'échantillon d et nous montrons que pour des échantillons suffisamment minces tels que TH(∝ d2) < τζ2/(ζ2 - 1), la boucle du seuil du régime de conduction rétrécit et disparaît, le régime se prolongeant ainsi jusqu'à ν = 0. Nous traitons aussi, en une analyse très simple, le cas des non-linéarités et de la saturation qui apparaissent quand le champ appliqué est au-dessus du seuil. Nous sommes alors en mesure d'expliquer le mode du réseau à pas variable (qui a été observé expérimentalement), pour lequel la largeur des domaines est inversement proportionnelle au champ appliqué et peut varier d'un facteur dix au moins. Nous calculons aussi la vitesse de croissance (ou de décroissance) s d'une oscillation au voisinage du seuil, l'amplitude variant lentement comme exp st ; s est de l'ordre de τ-1(E/ET - 1) où ET est le champ seuil. Le fait que nos résultats soient obtenus analytiquement plutôt que par des techniques de simulation numérique nous permet de donner une interprétation physique à nos prédictions. Dans la seconde partie, nous présentons quelques expériences que nous avons faites pour comparer à la théorie. Nous mesurons l'effet d'un champ extérieur stabilisant — qui diminue TH — sur les courbes de seuil et nous mettons en évidence le quenching du régime conducteur dans un échantillon normal (épais), ce qui conduit à un régime diélectrique à fréquence nulle : ceci permet une mesure de ζ2. Dans l'expérience contraire, nous observons l'effet de la décroissance de t due au vieillissement conduisant à l'apparition du régime conducteur dans un échantillon mince. Dans une autre série d'expériences, nous regardons les effets prétransitionnels. Nous mesurons directement s en mesurant la dépendance temporelle de la lumière diffusée par l'oscillation entretenue près du seuil ; une telle expérience nous permet de mesurer τ simplement et directement. Dans deux autres expériences, nous observons l'intensité (∝ s-1) et la fonction d'autocorrélation de la lumière diffusée par les fluctuations thermiques près du seuil. Les expériences sont en accord satisfaisant avec la théorie. Nous présentons aussi quelques comparaisons avec les résultats expérimentaux d'autres chercheurs.We explore the problem of electrohydrodynamic instabilities in nematic liquid crystals in the parallel (planar) orientation, in the context of the one-dimensional time-dependent model proposed by Dubois-Violette, de Gennes and Parodi. In the first part of the paper, we solve the equations of motion analytically in the case of an applied electric field E whose time variation is a square wave of frequency ν. Our solution covers the entire range of material parameters, including explicitly the case of either positive or negative dielectric anisotropy, and is valid for 0 ≤ ν ≤ 10 kHz for typical materials. One result is a determination of the instability threshold curve, showing in particular that the conduction-regime threshold is a smooth closed curve in the E - ν plane whose shape depends on the dielectric relaxation time τ, the viscoelastic relaxation time TH, and the Helfrich gain parameter ζ2. We treat the case of any sample thickness d and show that for samples so thin that TH (∝ d2) < τζ2/(ζ2 - 1) the conduction-regime threshold loop shrinks and disappears, the dielectric regime then extending down to ν = 0. We also treat in a very simple analysis the case of non-linearities and saturation when the applied field is above threshold. We are thus able to account for the variable grating mode (which has been experimentally observed), in which the domain width is inversely proportional to the applied field over a factor of at least ten in domain width. We calculate also the growth (or decay) rate s of an oscillation near threshold, whose slowly varying amplitude goes as exp st ; s is of order τ-1(E/ET - 1) where ET is the threshold field. The fact that our results are based on analytic rather than numerical simulation techniques allows us to give a physical interpretation to the predictions. In the second part of the paper, we present some experiments we have done for comparison with the theory. We measure the effect of an external stabilizing field, which decreases TH, on the threshold curves and show the quenching of the conduction regime in a normal (thick) sample, leading to the zero-frequency dielectric regime : this allows a measure of ζ2. In the converse experiment, we observe the effect of decreasing t due to ageing leading to the appearance of the conduction regime in a thin sample. In another series of experiments, we look at pre-transitional effects. In one experiment we measure s directly by observing the time dependence of light scattered from a forced oscillation near threshold ; such an experiment allows one to measure t simply and directly. In two other experiments, we observe the intensity (∝ s-1) and autocorrelation function of light scattered by thermal fluctuations near threshold. The experiments are in satisfactory accord with theory. We also present some comparisons with experimental results of other workers