Mesure de polarisation ferroélectrique magnétiquement à l’écoute dans les cristaux liquides

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la physique de la matière condensée et de la science des matériaux sur le fonctionnement à température ambiante de l’effet électrique de l’aimant. Le principal avantage de cette technique est qu’elle teste l’effet électrique de l’aimant dans des cristaux liquides à haute fluidité. Commencez avec deux substrats de verre pour créer chaque cellule à cristaux liquides.

Commencez par des substrats propres avec de l’ITO d’un côté, généralement un centimètre carré. Faites une égratignure sur le bord de chaque substrat pour aider à les orienter dans les étapes ultérieures. Sur une coucheuse de centrifugation, goutter une solution de polyimide sur la face codée ITO des substrats avant le revêtement par centrifugation.

Une fois terminé, faites cuire les substrats à 200 degrés Celsius pendant une heure. Ensuite, amenez les supports à un étage XZ qui se trouve sous un rouleau de velours qui peut tourner. Orientez un substrat côté ITO vers le haut et avec son bord marqué vers le rouleau, et fixez-le sur la platine.

Démarrez le rouleau dans la phase de translation de sorte que le substrat se déplace cinq fois d’avant en arrière sous le rouleau. Le substrat doit subir une pression douce et uniforme au contact du rouleau. Arrêtez ensuite le rouleau en phase de translation pour récupérer le support.

Une fois terminé, placez le substrat dans de l’alcool isopropylique pendant une minute. Séchez ensuite les supports à 80 degrés Celsius pendant quelques minutes. Travaillez maintenant avec deux substrats frottés.

En plus des substrats, ayez un film de résine plat pour un intercalaire. Placez un substrat avec son ITO et son côté polyimide vers le haut, et déposez de la colle sur ses bords. Ensuite, orientez le deuxième substrat sur le premier avec son côté codé vers le bas.

Orientez les bords marqués de manière à ce qu’ils se trouvent sur les côtés opposés de la cellule. Décalez légèrement les deux avant de les coller. Utilisez les régions créées en déplaçant les substrats pour coller des fils conducteurs avec de la pâte d’argent sur les côtés codés des substrats.

Faites cuire l’ensemble à 150 degrés Celsius pendant une heure. Utilisez maintenant une configuration similaire à celle-ci pour effectuer des mesures de l’espace entre les cellules. Placez la pile de manière à ce qu’elle soit perpendiculaire à une source de lumière blanche et devant un spectromètre optique pour mesurer le spectre de transmission.

La transmittance mesurée en fonction de la longueur d’onde permet de déterminer l’écart entre les cellules, qui est d’environ 12 micromètres pour cette cellule. Pour continuer, préparez le mélange de cristaux liquides dans une cellule. Le mélange de cristaux liquides est composé de ces deux composés de pyrimidine.

75 milligrammes du composé un, ainsi que 25 milligrammes du composé deux. Mettez la cellule préparée sur un plateau chaud à 80 degrés Celsius. À l’aide d’une spatule, introduisez le mélange de cristaux liquides dans la cellule, et comptez sur l’action capillaire.

Maintenez la cellule à 80 degrés Celsius pendant une demi-heure avant de la refroidir à température ambiante. L’étape suivante consiste à caractériser le mélange. Au microscope, placez un échantillon préparé dans une platine chaude entre deux polariseurs croisés qui sont alignés avec la source lumineuse.

Focalisez le microscope pour observer les textures de la cellule. Chauffez l’échantillon à une vitesse de 5 degrés Celsius par minute à partir de la température ambiante jusqu’à 80 degrés Celsius, et identifiez les phases de cristaux liquides à partir des micrographies de polarisation. Utilisez les observations pour déterminer les températures de transition.

Les mesures nécessitent un aimant supraconducteur capable d’un champ de 9 Tesla. Préparez un insert pour l’aimant qui a une tige pour loger les câbles coaxiaux. À sa tête, il devrait y avoir une borne de connecteur.

À son extrémité, il doit y avoir un espace d’échantillonnage capable de contenir une cellule. Collez la cellule sur l’espace d’échantillonnage de l’insert de manière à ce que le champ magnétique soit parallèle aux surfaces du substrat. Soudez les fils de la cellule aux bornes haute et basse.

Placez également un thermomètre sur la plus grande longueur de la cellule. Lorsque vous êtes prêt, introduisez l’insert dans l’aimant supraconducteur. À l’aide de câbles coaxiaux, connectez les bornes de l’insert aux instruments de mesure et collectez les données.

Voici la polarisation électrique en fonction de la température, obtenue en intégrant le courant de déplacement mesuré à l’aide d’un électromètre. Dans la phase smectique de l’étoile C, une polarisation finie se développe en appliquant un champ magnétique à environ 328 Kelvin. Lorsque le système subit une transition de phase vers la phase smectique de l’étoile A, la polarisation disparaît.

Ces données concernent la constante diélectrique mesurée à 100 hertz à l’aide d’une méthode quasi à quatre bornes avec un compteur LCR. Dans la phase smectique de l’étoile C, il est supprimé à mesure que le champ magnétique augmente. Cela peut être attribué au changement d’état d’orientation moléculaire, couplé au moment dipolaire électrique.

Dans la phase smectique de l’étoile A, la constante diélectrique est indépendante du champ magnétique. La fixation de la température permet une démonstration claire de l’activité magnétoélectrique. À 300 Kelvin, l’échantillon est dans la phase C-star smectique.

Ici, la polarisation électrique varie avec l’évolution du champ magnétique. La constante diélectrique prise à 100 hertz montre un comportement similaire. Les mesures effectuées à 335 Kelvin lorsque le cristal liquide est en phase smectique A-star ne dépendent pas du champ magnétique.

Cette méthode peut donc donner un aperçu de la polarisation électrique magnétiquement accordable dans les cristaux liquides. Il peut également être appliqué à d’autres mesures, telles que le magnétisme contrôlable électriquement et les effets optiques d’éclairage dans les cristaux liquides. Après chaque développement, cette technique ouvre la voie aux chercheurs dans le domaine de la physique de la matière condensée et de la science des matériaux, le couplage magnétoélectrique en cristaux liquides.