ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Двумерные ЖК и свойства поверхностей из "Жидкие кристаллы" Системы пониженной размерности — требование практики. В наше время наука чутко реагирует на запросы жизни. Стала реально вырисовываться для человеие-ства проблема нехватки энергии, поэтому усилия ученых направлены на разработку новых видов источников энергии. В электронике наступил век микроминиатюризации, и ученые интересуются физическими системами, занимающими мало места . А занимают мало места объекты, не имеющие объема. Это — двумерные системы, элементы которых расположены на плоскости, и одномерные, элементы которых образуют нити. [c.120] О порядке в двумерньзх системах. Какие же предсказания теории требуют экспериментальной проверки Это в общих чертах предсказания относительно тех свойств двумерных систем, которые отличаются от соответствующих свойств трехмернь л объектов. Одно из поразительных отличий двумерного тела от трехмерного заключается в том, что в двумерном случае строгий дальний порядок в расположении частиц не может реализоваться ни при какой конечной температуре. Другими словами, это означает, что не может быть истинного двумерного кристалла, т. е. кристалла со строго периодическим расположением частиц (атомов или молекул), на плоскости. Причина этого заключается в том, что строгая периодичность, или, как говорят, строгий дальний порядок, в двумерной системе нарушается длинноволновыми тепловыми флуктуациями. Хотя такие флуктуации присутствуют в системах произвольной размерности, но их влияние особенно существенно и приводит к появлению качественно новых свойств лишь в случае двумерных и одномерных систем, т. е. систем с размерностью ниже трех. Здесь уместно задать вопрос, существует ли в двумерных системах фаза, аналогичная трехмерному кристаллу А если существует, то что это такое Ответ на первый вопрос положительный — существует и носит название двумерный квазикристалл . Чтобы описать отличие двумерного квазикристалла от обычного кристалла, т. е. ответить на второй вопрос, надо сравнить характер корреляций в расположении частиц в одном и другом случае. Наличие порядка в расположении частиц системы, его отсутствие или частичное наличие порядка можно установить, изучая так называемую функцию двухчастичных корреляций 0(Г1, г2), или, как часто просто говорят, корреляционную функцию. [c.122] Пока что мы говорили о позиционном порядке в двумерном кристалле и его отличии от трехмерного кристалла. [c.123] Возвращаясь теперь к вопросу об экспериментальном исследовании двумерных систем, следует сказать, что свободно подвешенные жидкокристаллические пленки представляются наиболее удобным объектом для экспериментального изучения описанных выше фазовых состояний двумерных систем и переходов между ними. [c.124] Экспериментальные исследования на свободно подвешенных пленках. Обратимся теперь к результатам, полученным при экспериментальном исследовании свободно подвешенных пленок. Основным методом исследования обсуждавшихся выше двумерных структур и фазовых переходов между ними является рассеяние рентгеновских лучей. Сразу же отметим специфику исследования таких пленок. В связи с их малой толщиной рассеивающая способность единицы площади такой пленки также мала. Это фактор отрицательный. [c.124] Помимо применения мощных источников излучения, для увеличения полезного сигнала желательно использовать пленки по возможности с большей площадью поверхности. Добиться максимальной площади пленки, однородной по толщине, удается путем отжига пленки вблизи температуры ее перехода из жидкокристаллического состояния в изотропную жидкость. Под словом отжиг здесь, разумеется, понимается не попытка нагреть пленку до белого каления, г чем. обь ч.чо С2Я2Ь Езется представление об отжиге металлов, а просто ее достаточно долгое выдерживание при температуре, близкой к точке фазового перехода. [c.125] Чего же следует ожидать, исследуя рассеяние рентгеновского излучения от свободно подвешенной жидкокристаллической пленки Ответ в общих чертах такой характер дифракции рентгеновского излучения на двумерной пленке будет различным в зависимости от того, существует ли в ней истинный (дальний) позиционный порядок, квазидальний позиционный порядок или только ближний позиционньгй порядок. [c.125] Рассеяние в этом случае не имеет резких по углу пиков, а сосредоточено в основном внутри конуса, ось которого совпадает с направлением падающего пучка, а угловой раствор характеризует ближний порядок в жидкости. [c.126] Ориентация ЖК поверхностями. Рассказывая о том, что жидкокристаллические пленки представляют из себя объекты, в которых, пожалуй, в наиболее чистом виде проявляются свойства двумерных систем, следует также сказать, что с помощью жидких кристаллов могут быть изучены свойства других двумерных объектов. Например, свойства поверхностей твердых тел. Прежде чем говорить о том, как исследуется с помощью жидких кристаллов поверхность с неизвестными свойствами, остановимся сначала подробнее на том, как специально обработанные поверхности применяются для воздействия на ЖК. [c.127] В наш век микроэлектроники, вызвавшей к жизни новые технологии, связанные с производством совершенных монокристаллов и миниатюрных изделий из них, умение изучать свойства веществ в тонких слоях, а также их поверхностей стало практической необходимостью. Чтобы проиллюстрировать это утверждение, достаточно сказать, что, например, овладению методами промышленного производства монокристаллов кремния и германия высокой степени совершенства мы обязаны успехам микроэлектроники. Требования к совершенству этих кристаллов настолько велики, что часто не поддающиеся существующим оперативным методам контроля их несовершенства приводят к недопустимому ухудшению параметров готовых изделий. В таких условиях приходится мириться с тем, что контроль элементов изделий, проводимый на конечном этапе их производства, приводит к высокому проценту выбраковки. Естественно, очень желательно иметь возможность осуществлять контроль качества на более ранних этапах производства. И вот здесь свойства ЖК реагировать на характеристики поверхностей могут оказаться чрезвычайно полезными. Поэтому остановимся подробнее на взаимодействии жидких кристаллов с поверхностями. [c.128] Здесь следует сказать, что существуют вещества-ори-ентанты, которые способствуют ориентации молекул жидкого кристалла длинными осями вдоль поверхности. Поэтому полировка обкладок оптических ячеек — не единственный способ обработки поверхностей для получения планарных текстур. Правда, при получении с помощью ориентантов ориентации длинных осей молекул Жидкого кристалла, параллельной поверхности, существует еще проблема — обеспечить не только параллельность осей молекул по отношению к поверхности, но й одинаковую ориентацию осей всех молекул. Если такие ориентанты наносить на обкладки, не заботясь об этом, на разных участках поверхности, длинные оси молекул жидкого кристалла будут направлены по-разному. Добиться однородной ориентации директора на поверхности удается специальной процедурой нанесения ориентации на поверхность, например косым напылением его молекул. [c.131] Визуализация сегнетоэлектрических доменов. Читая о смектических жидких кристаллах (гл. V), вы познакомились с сегнетоэлектрическими жидкими кристаллами. Теперь подчеркнем еще раз, что сегнетоэлектричество— это типично твердотельное явление, а его изучение и многочисленные технические применения в подавляющей массе случаев связаны с обычными кристаллами. Так же как и в рассмотренном нами случае жидких кристаллов, твердые сегнетоэлектрики характеризуются прежде всего тем, что они обладают макроскопическим электрическим дипольным моментом. Этот момент еще часто называют спонтанным, потому что он существует в сегнето-электриках в отсутствие внешнего электрического поля, тогда как у большинства веществ макроскопический электрический дипольный момент возникает только при наложении внешнего поля. Так же как и в смектиках, в сегнетоэлектрических кристаллических образцах больших размеров наличие макроскопическс о дипольного. момента непосредственно не проявляется. Дело в том, что образец разбивается на домены с различной ориен- гацией дипольных моментов отдельных доменов так, что суммарный дипольный момент достаточно большого образца оказывается равным нулю (рис. 43). [c.132] Причина визуализации доменов заключается в том, что на поверхности образца в областях доменов с противоположным направлением дип0льн0 0 момента возникают отличающиеся друг от друга электрические поля. Это отличие в электрических полях приводит к различной ориентации молекул в нематике над доменами с противоположной ориентацией дипольного момента, что, в свою очередь, приводит к различию оптических характеристик нематика над соответствующими участками поверхности образца и в конечном счете к визуализации доменов. [c.134] Оказывается, что при температуре сегнетоэлектрика несколько ниже Тс его свойства сильно зависят от температуры. В частности, если на сегнетоэлектрик наложить радиочастотное поле, то поглощение энергии этого поля сильно возрастает при приближении температуры сегнетоэлектрика к 7с. Рост поглощения, в свою очередь, приводит к дальнейшему нагреву образца, Используя это обстоятельство, можно визуализировать динамику фазового перехода сегнетоэлектрика при приложении радиочастотного поля, если нематическая пленка, нанесенная на образец, обладает температурой перехода в изотропную жидкость, несколько меньшей Гс. В этом случае те участки образца, которые оказываются ближе по температуре к Тс ч интенсивней поглощают радиочастотное поле, начинают нагреваться быстрей, чем области с более низкой температурой, и нагревают в соответствующих местах пленку нематика, переводя ее в изотропную жидкость. Оптические свойства пленки жидкости резко отличаются от свойства пленки нематика, что и приводит к визуализации участков сегнетоэлектрика, температура которых приближается к точке фазового перехода Тс. Это позволяет в динамике наблюдать за рагпростраие-нием температурных фронтов на поверхности сегнетоэлектрика в области фазового перехода и тем самым выяснять тонкие детали сегнетоэлектрического фазового перехода. [c.135] Исследование механических деформаций. Совершенно неожиданным на первый взгляд кажется то, что тот же принцип теплового воздействия на жидкий кристалл может быть использован для изучения деформаций кристаллов и связи процесса деформации с несовершенствами на поверхности кристалла. [c.135] Правда, сразу следует оговориться, что здесь речь идет о сильных деформациях, величины которых превосходят предел упругих деформаций и граничат с разрушением образца, т. е. о так называемых пластических деформациях. [c.135] Вернуться к основной статье