Messung der magnetisch gestimmten ferroelektrische Polarisation in Flüssigkristallen

Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen auf dem Gebiet der Physik der kondensierten Materie und der Materialwissenschaften über die Funktionsweise des magnetischen elektrischen Effekts bei Raumtemperatur zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie den magnetischen elektrischen Effekt in Flüssigkristallen mit hoher Fließfähigkeit testet. Beginnen Sie mit zwei Glassubstraten, um jede Flüssigkristallzelle zu erstellen.

Beginnen Sie mit sauberen Substraten mit ITO auf einer Seite, in der Regel einen Quadratzentimeter. Machen Sie einen Kratzer an der Kante jedes Substrats, um sie in späteren Schritten besser ausrichten zu können. An einem Schleuderbeschichter wird die Polyimidlösung vor dem Schleuderbeschichten auf die ITO-kodierte Seite der Substrate getropft.

Wenn du fertig bist, backst du die Substrate eine Stunde lang bei 200 Grad Celsius. Bringen Sie dann die Substrate auf eine XZ-Bühne, die sich unter einer rotierenden Samtwalze befindet. Richten Sie ein Substrat mit der ITO-Seite nach oben und mit der markierten Kante zur Walze hin aus und fixieren Sie es auf dem Tisch.

Starten Sie die Walze in der Translationsstufe, so dass sich das Substrat fünfmal unter der Walze hin und her bewegt. Das Substrat sollte bei Kontakt mit der Walze einem weichen, gleichmäßigen Druck ausgesetzt sein. Stoppen Sie dann die Walze in der Translationsphase, um das Substrat zu entnehmen.

Wenn Sie fertig sind, legen Sie das Substrat eine Minute lang in Isopropylalkohol. Anschließend trocknen Sie die Untergründe bei 80 Grad Celsius für einige Minuten. Arbeiten Sie nun mit zwei geriebenen Untergründen.

Zusätzlich zu den Substraten haben Sie eine flache Harzfolie für einen Abstandshalter. Legen Sie ein Substrat mit der ITO- und Polyimid-Seite nach oben auf und tragen Sie den Kleber an den Rändern auf. Richten Sie dann das zweite Substrat mit der codierten Seite nach unten über dem ersten aus.

Richten Sie die markierten Kanten so aus, dass sie sich auf gegenüberliegenden Seiten der Zelle befinden. Verschieben Sie die beiden leicht, bevor Sie sie verkleben. Verwenden Sie die durch das Verschieben der Substrate entstandenen Bereiche, um leitende Drähte mit Silberpaste auf die codierten Seiten der Substrate zu kleben.

Die Montage bei 150 Grad Celsius eine Stunde backen. Verwenden Sie nun einen ähnlichen Aufbau, um Messungen des Zellspalts durchzuführen. Platzieren Sie die Zelle so, dass sie senkrecht zu einer Weißlichtquelle und vor einem optischen Spektrometer zur Messung des Transmissionsspektrums steht.

Der gemessene Transmissionsgrad in Abhängigkeit von der Wellenlänge ermöglicht die Bestimmung des Zellspalts, der für diese Zelle etwa 12 Mikrometer beträgt. Um fortzufahren, halten Sie das Flüssigkristallgemisch in einer Zelle bereit. Das Flüssigkristallgemisch besteht aus diesen beiden Pyrimidinverbindungen.

75 Milligramm der ersten Verbindung und 25 Milligramm der zweiten Verbindung. Stellen Sie die vorbereitete Zelle auf eine heiße Bühne bei 80 Grad Celsius. Führen Sie mit einem Spatel die Flüssigkristallmischung in die Zelle ein und verlassen Sie sich auf die Kapillarwirkung.

Halten Sie die Zelle eine halbe Stunde lang bei 80 Grad Celsius, bevor Sie sie auf Raumtemperatur abkühlen. Der nächste Schritt besteht darin, die Mischung zu charakterisieren. Legen Sie an einem Mikroskop eine vorbereitete Probe in einen heißen Tisch zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren, die mit der Lichtquelle ausgerichtet sind.

Fokussieren Sie das Mikroskop, um die Texturen in der Zelle zu beobachten. Erhitzen Sie die Probe mit einer Geschwindigkeit von 5 Grad Celsius pro Minute von Raumtemperatur auf bis zu 80 Grad Celsius und identifizieren Sie die Flüssigkristallphasen anhand der Polarisationsmikroskopaufnahmen. Verwenden Sie die Beobachtungen, um die Übergangstemperaturen zu bestimmen.

Für die Messungen wird ein supraleitender Magnet benötigt, der ein 9-Tesla-Feld bewältigen kann. Bereiten Sie einen Einsatz für den Magneten vor, der einen Stab zur Aufnahme von Koaxialkabeln hat. An seinem Kopf sollte sich ein Anschlussanschluss befinden.

An seinem Ende sollte ein Probenraum vorhanden sein, in dem eine Zelle untergebracht werden kann. Kleben Sie die Zelle so auf den Probenraum des Einsatzes, dass das Magnetfeld parallel zu den Substratoberflächen verläuft. Löten Sie die Drähte der Zelle an die High- und Low-Anschlüsse.

Platzieren Sie auch ein Thermometer auf der breitesten Länge der Zelle. Wenn Sie fertig sind, führen Sie den Einsatz in den supraleitenden Magneten ein. Verbinden Sie mit Koaxialkabeln die Klemmen des Einsatzes mit Messgeräten und sammeln Sie Daten.

Hier ist die elektrische Polarisation in Abhängigkeit von der Temperatur, die durch Integration des mit einem Elektrometer gemessenen Verschiebungsstroms ermittelt wird. In der smektischen C-Stern-Phase entwickelt sich eine endliche Polarisation beim Anlegen eines Magnetfeldes von etwa 328 Kelvin. Wenn das System einen Phasenübergang in die smektische A-Stern-Phase durchläuft, verschwindet die Polarisation.

Diese Daten beziehen sich auf die Dielektrizitätskonstante, die bei 100 Hertz mit einer quasi-vierpoligen Methode mit einem LCR-Messgerät gemessen wurde. In der smektischen C-Stern-Phase wird sie mit zunehmendem Magnetfeld unterdrückt. Dies kann auf die Änderung des molekularen Orientierungszustands zurückgeführt werden, gekoppelt mit dem elektrischen Dipolmoment.

In der smektischen A-Stern-Phase ist die Dielektrizitätskonstante unabhängig vom Magnetfeld. Die Fixierung der Temperatur ermöglicht eine eindeutige Demonstration der magnetoelektrischen Aktivität. Bei 300 Kelvin befindet sich die Probe in der smektischen C-Stern-Phase.

Hier variiert die elektrische Polarisation mit dem sich ändernden Magnetfeld. Die Dielektrizitätskonstante, die bei 100 Hertz gemessen wird, zeigt ein ähnliches Verhalten. Messungen, die bei 335 Kelvin durchgeführt werden, wenn sich der Flüssigkristall in der smektischen A-Stern-Phase befindet, hängen nicht vom Magnetfeld ab.

Diese Methode kann also Einblicke in die magnetisch einstellbare elektrische Polarisation in Flüssigkristallen geben. Es kann auch auf andere Messungen angewendet werden, z. B. auf elektrisch steuerbaren Magnetismus und optische Lichteffekte in Flüssigkristallen. Nach jeder Entwicklung ebnet diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Physik der kondensierten Materie und der Materialwissenschaften, der magnetoelektrischen Kopplung in Flüssigkristallen.