Name: Pomiar magnetycznie dostrojonej polaryzacji ferroelektrycznej w ciekłych kryształach (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-15T14:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: Poznaj metodę pomiaru magnetycznie dostrojonej polaryzacji ferroelektrycznej w ciekłych kryształach. Protokół umożliwia badanie efektów magnetoelektrycznych w temperaturze pokojowej z wykorzystaniem komórek z podłożami szklanymi.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Profesorowi Takanishi za pomoc w naszym eksperymencie. Dziękujemy również firmie DIC Corporation za udostępnienie badanych tutaj związków. Praca ta została wsparta przez Grant-in-Aid for the JSPS Fellow (16J02711), JSPS KAKENHI Grant Number 17H01143 oraz Program dla Wiodących Szkół Podyplomowych "Interactive Materials Cadet Program".

1. Przygotowanie komórek ciekłokrystalicznych i wyznaczanie odstępu między ogniwami
<ol>
	<li>Przygotowanie ogniw ciekłokrystalicznych 
	<ol>
		<li>Przyciąć podłoża szklane pokryte z jednej strony tlenkiem indu/cyny (ITO) na żądany rozmiar (typowy rozmiar: 10 x 10 x 1,1 mm, <klasa mocna = "xfig">Rysunek 2A). Aby przeciąć podłoża, podrap linię na ich twarzy nożem do szkła i ręcznie odłam nadmiar szkła.</li>
		<li>Pocięte szklane podłoża myć detergentem w kąpieli ultradźwiękowej o częstotliwości 35 kHz przez 30 minut. Płukać je wodą dejonizowaną w łaźni ultradźwiękowej przez 10 minut. Wymień wodę dejonizowaną i spłucz podłoża 5 razy, aby usunąć zanieczyszczenia (<silna klasa="xfig">Rysunek 2B). Zdmuchnij pozostałą wodę za pomocą pistoletu do miotełki powietrznej, uważając, aby nie dotknąć najszerszych powierzchni podłoży.</li>
		Roztwory poliimidowe należy nanieść na stronę mytych podłoży pokrytą powłoką ITO i wirować roztwory z prędkością 5000 obr./min przez 30 s (<klasa mocna = "xfig">Rysunek 2C).<li> Piec podłoża w temperaturze 200 °C przez 1 godzinę w celu usunięcia rozpuszczalnika i utwardzenia cienkich warstw poliimidu.</li>
		<li>Umieść podłoża na stoliku XZ tak, aby strona podłoża pokryta ITO i poliimidem była skierowana do góry. Umieść podłoża pod wałkiem pokrytym aksamitną szmatką i przymocuj podłoża przez odsysanie powietrza (<silna klasa="xfig">Rysunek 2D). Równomiernie i delikatnie dociśnij podłoża za pomocą wałka, regulując wysokość stolika. 
		Uwaga: W tym przypadku stolik XZ został wykonany w warsztacie mechanicznym na Uniwersytecie w Osace.</li>
		<li>Obróć wałek i przesuń stolik do przodu iz powrotem pod wałkiem 5 razy w kierunku poziomym, aby przetrzeć podłoża aksamitną szmatką. Zanurz wcierane podłoża w alkoholu izopropylowym w szklanym pojemniku o pojemności 10 – 50 ml na 1 minutę w celu usunięcia zanieczyszczeń i susz je w temperaturze 80 °C przez kilka minut.</li>
		<li>Sklej oba podłoża za pomocą płaskich folii żywicznych o grubości 12 μm jako przekładek. Należy pamiętać, że punkty klejenia są umieszczane tylko na krawędzi podłoży, a wewnętrzne strony klejonych podłoży są pokryte ITO i poliimidem. Upewnij się, że przeciwległe podłoża zostały przetarte antyrównolegle i są lekko przesunięte (około 2 mm), aby zapewnić wystarczająco dużo miejsca na zaciski elektryczne na obu podłożach (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 2E).</li>
		<li>Przyklej przewody przewodzące w wyżej wymienionych miejscach na zaciski za pomocą srebrnej pasty przewodzącej (Rysunek 2F). Piecz podłoża drutami przewodzącymi w temperaturze 150 °C przez 1 godzinę w celu usunięcia rozpuszczalnika z pasty przewodzącej srebro.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyznaczanie odstępu między komórkami19
	<ol>
		<li>Napromienić ślepe komórki przygotowane w ppkt 1.1.7 światłem białym rozchodzącym się normalnie do ich najszerszej powierzchni. Zmierz widma transmisyjne za pomocą spektrometru optycznego i obserwuj oscylacje pseudosinusoidalne (<silna klasa="xfig">Rysunek 3), które pojawiają się w wyniku efektu Fabry'ego-Pérota20.</li>
		<li>Oszacuj przerwę między komórkami d, używając zależności d = λ1λ2/2(λ2-λ 1), gdzie długości fal λ1 i λ2 oznaczają parę sąsiednich szczytowych długości fal w widmach transmisyjnych.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie mieszaniny ciekłokrystalicznej i wprowadzenie do komórek
<ol>
	<li>Wymieszaj dwa związki, 5-oktylo-2-(4-oktyloksyfenylo)pirymidynę (związek 1: <silna klasa = "xfig" >Rysunek 4A) i (S)-5-decyl-2-[4(2-fluorodecyloksy) fenylo] pirymidyna (związek 2: <klasa silna = "xfig" >Rysunek 4B) o stosunku masowym 3:1 w szklanej fiolce. Przygotować łącznie 100 mg roztworu (75 mg związku 1 i 25 mg związku 2).</li>
	<li>Umieścić przygotowaną ślepą komórkę z kroku 1.1.7 na gorącym scenie, utrzymując temperaturę 80 °C, temperaturę, w której mieszanina z 2.1 znajduje się w izotropowej fazie ciekłej (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 5). Wprowadź mieszaninę z kroku 2.1 do komórki za pomocą szpatułki i działania kapilarycznego. Utrzymuj temperaturę ogniwa na poziomie 80 °C przez 30 minut, a następnie schładzaj do temperatury pokojowej z szybkością około 5 °C/min.</li>
</ol>
3. Charakterystyka próbki
<ol>
	<li>Umieść komórkę wypełnioną mieszaniną z kroku 2.2 na gorącym etapie między dwoma skrzyżowanymi polaryzatorami i naświetl ją światłem. Obserwuj tekstury mieszaniny przy zmianie temperatury od temperatury pokojowej do 80 °C z szybkością 5 °C/min za pomocą mikroskopu (i filtra krótkoprzepustowego o zakresie strojenia ~600 nm w celu poprawy widoczności, jeśli to konieczne) i zidentyfikuj fazy ciekłokrystaliczne na podstawie mikrofotografii polaryzacyjnej21 (<silna klasa="xfig">Rysunek 6).</li>
	<li>Określ sekwencję przemian fazowych i temperatury przejścia na podstawie obserwowanych tekstur (Rysunek 5). Dla fazy SmC* należy oszacować podziałkę helikoidalną jako dwukrotność szerokości paska.</li>
	<li>Potwierdzić temperatury przejścia fazowego pierwszego rzędu mieszaniny przygotowanej w ppkt 2.1 za pomocą różnicowej analizy termicznej (DTA; patrz Tabela materiałów i instrukcje producenta), która dostarcza anomalii piku (lub spadku) przy przejściu fazowym pierwszego rzędu (<silna klasa="xfig">Rysunek 7).</li>
</ol>
4. Pomiary dielektryczne i magnetoelektryczne
<ol>
	<li>Przygotuj komercyjny magnes nadprzewodzący (patrz Tabela materiałów) wyposażony w regulatory temperatury (2 - 400 K) i pole magnetyczne (do 9 T).</li>
	<li>Przygotuj domową wkładkę do magnesu nadprzewodzącego, która składa się z trzech głównych części: przestrzeni na próbkę, pręta zawierającego cztery koncentryczne i końcówki złącza (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 8A).</li>
	<li>Przyklej komórkę przygotowaną w 2.2 na przestrzeni próbki wkładki (<silna klasa="xfig">Rysunek 8B). Podłącz dwa przewody przewodzące ogniwa do zacisków (wysokiego i dolnego) przestrzeni próbki przez. Upewnij się, że komórka jest tak zorientowana, aby przyłożyć pole magnetyczne w kierunku równoległym do podłoży komórki. Umieść termometr na najszerszej płaszczyźnie celi, aby dokładnie zmierzyć temperaturę próbki i wprowadzić wkładkę do magnesu nadprzewodzącego.</li>
	<li>Podłącz zaciski połączeniowe do miernika LCR (patrz Tabela materiałów) za pomocą koncentrycznych. Zmierz stałą dielektryczną w funkcji temperatury i pola magnetycznego za pomocą quasi-czterech metod końcowych za pomocą miernika LCR (patrz instrukcje producenta i nasza poprzednia praca16).</li>
	<li>Podłącz zaciski połączeniowe do elektrometru (patrz Tabela materiałów) za pomocą koncentrycznych. Zmierz zależność prądu przemieszczenia od pola magnetycznego i temperatury za pomocą elektrometru podczas przemiatania pola magnetycznego i temperatury ze stałą szybkością (1,0 T/min dla pola magnetycznego przemiatającego i 5 K/min dla temperatury przemiatania; patrz instrukcje producenta i nasza poprzednia praca16). Uzyskaj polaryzację elektryczną przez całkowanie prądu przemieszczenia w funkcji czasu.</li>
</ol>

<ol><li>Eerenstein, W., Mathur, N. D., Scott, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiferroic+and+magnetoelectric+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Multiferroic and magnetoelectric materials.</a> Nature. 442, 759-765 (2006).</li>
<li>Cheong, S. -W., Mostovoy, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiferroics%3A+A+magnetic+twist+for+ferroelectricity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Multiferroics: A magnetic twist for ferroelectricity.</a> Nature Materials. 6, 13-20 (2007).</li>
<li>Tokura, Y., Seki, S., Nagaosa, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiferroics+of+spin+origin%5BTitle%5D)+AND+%22Reports+on+Progress+in+Physics%22%5BJournal%5D)">Multiferroics of spin origin.</a> Reports on Progress in Physics. 77, 076501(2014).</li>
<li>Fiebig, M., Lottermoser, T., Meier, D., Trassin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+evolution+of+multiferroics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Materials%22%5BJournal%5D)">The evolution of multiferroics.</a> Nature Reviews Materials. 1, 16046(2016).</li>
<li>Kagawa, F., Horiuchi, S., Tokunaga, M., Fujioka, M., Tokura, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ferroelectricity+in+a+one-dimensional+organic+quantum+magnet%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Ferroelectricity in a one-dimensional organic quantum magnet.</a> Nature Physics. 6, 169-172 (2010).</li>
<li>Stroppa, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+Control+of+magnetization+and+interplay+between+orbital+ordering+and+ferroelectricity+in+a+multiferroic+metal-organic+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Electric Control of magnetization and interplay between orbital ordering and ferroelectricity in a multiferroic metal-organic framework.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50, 5847-5850 (2011).</li>
<li>Wang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetoelectric+coupling+in+the+paramagnetic+state+of+a+metal-organic+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Reports%22%5BJournal%5D)">Magnetoelectric coupling in the paramagnetic state of a metal-organic framework.</a> Science Reports. 3, 2024(2011).</li>
<li>Gómez-Aguirre, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+ordering-induced+multiferroic+behavior+in+%5BCH3NH3%5D%5BCo%28HCOO%293%5D+metal-organic+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Magnetic ordering-induced multiferroic behavior in [CH3NH3][Co(HCOO)3] metal-organic framework.</a> Journal of the American Chemical Society. 138, 1122-1125 (2016).</li>
<li>Qin, W., Xu, B., Ren, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+organic+approach+for+nanostructured+multiferroics%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">An organic approach for nanostructured multiferroics.</a> Nanoscale. 7, 9122-9132 (2015).</li>
<li>Scott, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room-temperature+multiferroic+magnetoelectrics%5BTitle%5D)+AND+%22NPG+Asia+Materials%22%5BJournal%5D)">Room-temperature multiferroic magnetoelectrics.</a> NPG Asia Materials. 5, e72(2013).</li>
<li>Suzuki, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+applied+electric+fields+on+the+positive+magneto-LC+effects+observed+in+the+ferroelectric+liquid+crystalline+phase+of+a+chiral+nitroxide+radical+compound%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Influence of applied electric fields on the positive magneto-LC effects observed in the ferroelectric liquid crystalline phase of a chiral nitroxide radical compound.</a> Soft Matter. 9, 4687-4692 (2013).</li>
<li>Domracheva, N. E., Ovchinnikov, I. V., Turanov, A. N., Konstantinov, V. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EPR+detection+of+presumable+magnetoelectric+interactions+in+the+liquid-crystalline+state+of+an+iron+mesogen%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetism+and+Magnetic+Materials%22%5BJournal%5D)">EPR detection of presumable magnetoelectric interactions in the liquid-crystalline state of an iron mesogen.</a> Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 269, 385-392 (2004).</li>
<li>Tomašovičová, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capacitance+changes+in+ferronematic+liquid+crystals+induced+by+low+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Capacitance changes in ferronematic liquid crystals induced by low magnetic fields.</a> Phys. Rev. E. 87, 014501(2013).</li>
<li>Lin, T. -J., Chen, C. -C., Lee, W., Cheng, S., Chen, Y. -F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+manipulation+of+magnetic+anisotropy+in+the+composite+of+liquid+crystals+and+ferromagnetic+nanorods%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Electrical manipulation of magnetic anisotropy in the composite of liquid crystals and ferromagnetic nanorods.</a> Applied Physics Letters. 93, 013108(2008).</li>
<li>Mertelj, A., Osterman, N., Lisjak, D., Čopič, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magneto-optic+and+converse+magnetoelectric+effects+in+a+ferromagnetic+liquid+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Magneto-optic and converse magnetoelectric effects in a ferromagnetic liquid crystal.</a> Soft Matter. 10, 9065-9072 (2014).</li>
<li>Ueda, H., Akita, T., Uchida, Y., Kimura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room-temperature+magnetoelectric+effect+in+a+chiral+smectic+liquid+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Room-temperature magnetoelectric effect in a chiral smectic liquid crystal.</a> Applied Physics Letters. 111, 262901(2017).</li>
<li>Clark, N. A., Lagerwall, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Submicrosecond+bistable+electro-optic+switching+in+liquid+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Submicrosecond bistable electro-optic switching in liquid crystals.</a> Applied Physics Letters. 36, 899-901 (1980).</li>
<li>Vantomme, G., Gelebart, A. H., Broer, D. J., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+liquid+crystal+networks+for+macroscopic+oscillatory+motion+induced+by+light%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Preparation of liquid crystal networks for macroscopic oscillatory motion induced by light.</a> Journal of Visualized Experiments. (127), e56266(2017).</li>
<li>Yang, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+empty+cell+gap+for+liquid-crystal+displays+using+interferometric+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Measurements of empty cell gap for liquid-crystal displays using interferometric methods.</a> Journal of Applied Physics. 64 (9), 4780-4781 (1988).</li>
<li>Born, M., Wolf, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBorn%2C+M+%22Principles+of+Optics%22">Principles of Optics</a>. , 6th ed, Pergamon. New York. (1987).</li>
<li>Dierking, I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDierking%2C+I+%22Textures+of+Liquid+Crystals%22">Textures of Liquid Crystals</a>. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Weinheim, FRG. (2003).</li>
<li>Filipič, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectric+properties+near+the+smectic-C%2A+-smectic-A+phase+transition+of+some+ferroelectric+liquid-crystalline+systems+with+a+very+large+spontaneous+polarization%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Review+A%22%5BJournal%5D)">Dielectric properties near the smectic-C* -smectic-A phase transition of some ferroelectric liquid-crystalline systems with a very large spontaneous polarization.</a> Physics Review A. 38, 5833-5839 (1988).</li>
<li>Carlsson, T., Žekš, B., Filipič, C., Levstik, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+model+of+the+frequency+and+temperature+dependence+of+the+complex+dielectric+constant+of+ferroelectric+liquid+crystals+near+the+smectic-C%2A+-smectic-A+phase+transition%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Review+A%22%5BJournal%5D)">Theoretical model of the frequency and temperature dependence of the complex dielectric constant of ferroelectric liquid crystals near the smectic-C* -smectic-A phase transition.</a> Physics Review A. 42, 877-889 (1990).</li>
<li>Michelson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+realization+of+a+Lifshitz+point+in+liquid+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Physical realization of a Lifshitz point in liquid crystals.</a> Physical Review Letters. 39, 464(1977).</li>
<li>Muševič, I., Žekš, B., Blinc, R., Rasing, T., Wyder, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+diagram+of+a+ferroelectric+chiral+smectic+liquid+crystal+near+the+Lifshitz+point%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Phase diagram of a ferroelectric chiral smectic liquid crystal near the Lifshitz point.</a> Physical Review Letters. 48, 192(1982).</li>
<li>Muševič, I., Žekš, B., Blinc, R., Rasing, T., Wyder, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectric+study+of+the+modulated+smectic+C%2A-uniform+smectic+C+transition+in+a+magnetic+field%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Status+Solidi%28b%29%22%5BJournal%5D)">Dielectric study of the modulated smectic C*-uniform smectic C transition in a magnetic field.</a> Physica Status Solidi(b). 119, 727-733 (1983).</li>
<li>Blinc, R., Muševič, I., Žekš, B., Seppen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ferroelectric+liquid+crystals+in+a+static+magnetic+field%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Scripta%22%5BJournal%5D)">Ferroelectric liquid crystals in a static magnetic field.</a> Physica Scripta. 35, 38-43 (1991).</li>
<li>Blinov, L. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBlinov%2C+LM+%22Electrooptical+and+Magnetooptical+Properties+of+Liquid+Crystals%22">Electrooptical and Magnetooptical Properties of Liquid Crystals</a>. , Wiley-Interscience. (1983).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Wyniki eksperymentów wykazały, że opisane tutaj metody z powodzeniem wykazały sprzężenie ME w ciekłym krysztale. Obserwowane efekty ME i magneto-dielektryczne mogą być związane z orientacyjnym przejściem orientacji molekularnej w ustalonej strukturze warstwy smektycznej. Jednak kierunek normalny warstwy n0 w strukturze warstwy można również zmienić poprzez przyłożenie pola magnetycznego poprzez anizotropię magnetyczną. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki wolą mieć równoległy układ <em...

Badania nad efektem magnetoelektrycznym (ME), indukcją polaryzacji elektrycznej (magnetyzacji) przez pole magnetyczne (elektryczne), koncentrują się na nowych typach zastosowań, takich jak czujniki i technologie przechowywania. Dzięki niedawnym badaniom nad multiferroikami ME1,2,3,4, systemy docelowe w dziedzinie badań ME są rozszerzane na różne rodzaje materiałów półprzewodnikowych, w tym struktury nieorganiczne, organiczne i metaloorganiczne, poprzez umiejętne wykorzystanie sprzężeń spinowo-sieciowych5,6,7,8,9. Jednak praca w temperaturze pokojowej, która musi być wykonana w celu praktycznego wykorzystania materiałów ME z ich złączami ME, jest nadal trudnym zagadnieniem, a do tej pory bardzo ograniczona liczba materiałów jednofazowych została zgłoszona jako magnetoelektryki w temperaturze pokojowej10.
Ciekłe kryształy, które mają porządek orientacyjny, czasami z częściowym porządkiem pozycyjnym, były również badane pod kątem materiałów ME w ostatnich latach11,12,13,14,15. Jedną z zalet ciekłych kryształów jako materiałów ME jest ich temperatura pracy, ponieważ fazy ciekłokrystaliczne są zwykle stabilizowane wokół temperatury pokojowej. Przykładem dotychczas opisanych ciekłych kryształów ME jest kompozyt pomiędzy magnetycznymi nanopłytkami o prostopadłej anizotropii magnetycznej a ciekłymi kryształami ukazującymi fazę nematyczną, znaną jako najprostsza faza ciekłokrystaliczna posiadająca tylko jednowymiarowy porządek orientacyjny15. Pokazuje odwrotny efekt ME, indukcję namagnesowania przez pole elektryczne, poprzez manipulację polem elektrycznym sprzężonych płytek krwi i orientacji molekularnej.
Niedawno zaproponowano kolejną unikalną strategię tworzenia efektu ME w ciekłych kryształach16. Celem tej strategii jest stworzenie chiralnej fazy smektycznej C (SmC*) z jednowymiarowym porządkiem pozycyjnym, w wyniku czego powstaje rozproszona struktura warstwowa zwana warstwą smektyczną. Jedną z cech charakterystycznych fazy SmC* jest to, że wektor orientacji molekularnej n jest sprzężony z lokalnym elektrycznym momentem dipolowym p. Korelacja ta jest zapewniona przez połączenie nachylonej orientacji cząsteczek składowych przypominających pręciki w stosunku do warstwy smektycznej normalnej n0 i wywołanej chiralnością zwierciadlanej (i inwersyjnej) symetrii łamającej cząsteczki. Z punktu widzenia symetrii, pierwsza z nich zmienia symetrię z D∞h (tzw. faza SmA, <silna klasa="xfig">Rysunek 1A) na C2h (tzw. faza SmC, <silna klasa="xfig">Rysunek 1B), a druga łamie symetrię lustrzaną C2h tak, że symetria jest redukowana do C2 (faza SmC*, patrz każda warstwa w <silna klasa="xfig">Rysunek 1C). W każdej warstwie SmC* dopuszczalna jest obecność skończonej polaryzacji wzdłuż osi C2, która jest normalna zarówno dla n0, jak i n. Silne sprzężenie między n i p jest niezbędne dla ferroelektryczności w ciekłych kryształach. W fazie SmC* n wyrównuje się w sposób helikoidalny przez warstwę po warstwie (<silna klasa="xfig">Rysunek 1C), a zatem nie ma polaryzacji makroskopowej. Ferroelektryczność w takich ciekłych kryształach osiąga się poprzez zastosowanie silnych efektów powierzchniowych, które stabilizują jednorodnie zorientowany stan n znany jako stabilizowany powierzchniowo ferroelektryczny stan ciekłokrystaliczny (SSFLC) (<silna klasa = "xfig">Rysunek 1D). Należy zauważyć, że odwrócenie polaryzacji ferroelektrycznej zawsze towarzyszy przełączeniu stanów orientacji bistabilnej poprzez sprzężenie między n i p17. Oczekuje się, że jako efekt odwrotny zmiana orientacji molekularnej fazy SmC* spowoduje zmianę polaryzacji elektrycznej. Poprzez anizotropię magnetyczną spowodowaną spinami elementów magnetycznych i/lub pierścieni aromatycznych w cząsteczkach ciekłokrystalicznych oraz elastyczność n w stanie ciekłokrystalicznym spowodowaną słabszymi oddziaływaniami molekularnymi niż w stanie stałym krystalicznym, n jest również przestrajany przez pole magnetyczne. W ten sposób faza SmC* może zostać przekształcona w stan jednorodnie zorientowany indukowany polem magnetycznym, podobny do stanu SSFLC. Dlatego bezpośredni efekt ME, indukcja polaryzacji elektrycznej przez pole magnetyczne, jest osiągany, gdy rozwój makroskopowej polaryzacji elektrycznej jest indukowany przez jednorodne wyrównanie n sprzężonego z p we wszystkich warstwach.
Wprowadzamy procedury przygotowania ogniw ciekłokrystalicznych do badania sprzężeń ME oraz metodologie wykrywania efektu ME. Metoda przygotowania ogniw ciekłokrystalicznych została szczegółowo opisana wcześniej18. Tutaj zmodyfikowaliśmy tę metodę dla pomiarów dielektryków i ME. Za pomocą opisanej tutaj metody wykryliśmy magnetycznie dostrojoną polaryzację elektryczną, czyli bezpośredni efekt ME, w ciekłym krysztale pokazującym fazę SmC* w temperaturze pokojowej.

<table><tbody><tr><td>< mocny>Materiał< / mocny></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Związek 1: Rysunek 4(A)</td><td>DIC Co., Ltd.</td><td>&ndash; Nie dotyczy</td><td>związku PYP-8O8</td></tr><tr><td>2: Rysunek 4 (B)</td> <td>DIC Co., Ltd.</td><td>Niedotyczy</td><td>PYP-10O10F</td></tr><tr><td>Podłoża szklane powlekane ITO</td><td>Sigma-Aldrich Inc.</td><td>703192-10PK</td><td></td></tr><tr><td>Detergent</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>031-10401</td><td></td></tr><tr><td>Strugarka do warstw wyrównujących</td><td>JSR Co., Ltd.</td><td>AL1254</td><td></td></tr><tr><td>Przekładka</td><td>Teijin Film Solutions Co., Ltd.</td><td>Q51-12</td><td></td></tr><tr><td>Klej</td><td>Huntsman Inc.</td><td>ARALDITE RT30</td><td>Do klejenia dwóch podłoży</td></tr><tr><td>Klej</td><td>M& I Materiały Sp. z o.o.</td><td>Smar Apiezon H</td><td>Do klejenia komórki i domowej wkładki</td></tr><tr><td>Srebrna pasta</td><td>Fujikura Kasei Co., Ltd.</td><td>D-753</td><td></td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Myjka ultradźwiękowa</td><td>AS ONE Corp.</td><td></td><td></td>AS52GTU</tr><tr><td>Powlekarka wirowa</td><td>Mikasa, Co., Sp. z o.o.</td>Spolaryzowany mikroskop optyczny <td>1H-D7</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Nikon Co., Ltd.</td><td>ECLIPSE LV100N POL</td><td></td></tr><tr><td>Filtr krótkoprzepustowy</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>FB600-40</td><td></td></tr><tr><td>Spektrometr optyczny</td><td>Ocean Optics Inc.</td><td>USB2000+UV-VIS</td><td></td></tr><tr><td>Różnicowy analizator termiczny</td><td>Rigaku Co., Ltd.</td><td>Thermo plus EVO2</td><td></td></tr><tr><td>Magnes nadprzewodzący</td><td>Quantum Design Inc.</td><td>Miernik PPMS</td><td></td></tr><tr><td>LCR</td><td>Keysight Technologies Sp. z o.o.</td><td>E4980A</td><td></td></tr><tr><td>Elektrometr</td><td>Keithley Instruments Inc.</td><td>6517A</td><td></td></tr></tbody></table>

pomiar magnetycznie dostrojonej polaryzacji ferroelektrycznej w ciekłych kryształach

Measuring Magnetically-Tuned Ferroelectric Polarization in Liquid Crystals

Materiały pokazujące zjawiska sprzężenia między magnetyzmem a (ferro)elektrycznością, tj. efekty magnetoelektryczne, przyciągnęły wiele uwagi ze względu na ich potencjalne zastosowania dla przyszłych technologii urządzeń, takich jak czujniki i pamięć masowa. Jednak konwencjonalne podejścia, które zwykle wykorzystują materiały zawierające jony metali magnetycznych (lub rodniki), mają poważny problem: znaleziono tylko kilka materiałów, które wykazują zjawisko sprzężenia w temperaturze pokojowej. Niedawno zaproponowaliśmy nowe podejście do uzyskania magnetoelektryków w temperaturze pokojowej. W przeciwieństwie do konwencjonalnych podejść, nasza alternatywna propozycja skupia się na zupełnie innym materiale, "ciekłym krystaliku", wolnym od magnetycznych jonów metali. W takich ciekłych kryształach pole magnetyczne może być wykorzystane do kontrolowania stanu orientacyjnego cząsteczek składowych i odpowiadającej mu polaryzacji elektrycznej poprzez anizotropię magnetyczną cząsteczek; Jest to bezprecedensowy mechanizm efektu magnetoelektrycznego. W tym kontekście, w artykule przedstawiono protokół pomiaru właściwości ferroelektrycznych indukowanych przez pole magnetyczne, czyli bezpośredni efekt magnetoelektryczny w ciekłym krysztale. Dzięki opisanej tutaj metodzie udało nam się wykryć magnetycznie dostrojoną polaryzację elektryczną w chiralnej smektycznej fazie C ciekłego kryształu w temperaturze pokojowej. Biorąc pod uwagę elastyczność cząsteczek składowych, która bezpośrednio wpływa na reakcje magnetoelektryczne, wprowadzona metoda pozwoli ogniwom ciekłokrystalicznym na uzyskanie większej liczby funkcji jako magnetoelektryki w temperaturze pokojowej i związanych z nimi materiałów optycznych.

Protokół uznaje się za skuteczny tylko wtedy, gdy zaobserwowany zostanie efekt ME w próbkach kryształów ciekłych. W niniejszym przypadku zmierzono bezpośredni efekt ME w próbce kryształu ciekłego przygotowanej zgodnie z wyżej wymienionymi procedurami. Do pomiarów zastosowano w płaszczyźnie pole magnetyczne z kątem nachylenia około 45° względem kierunku pocierania (prostopadle do warstw smektycznych), ponieważ w tej konfiguracji wykryto największą polaryzację indukowaną polem magnetycznym<...

W tym raporcie prezentujemy protokół do badania bezpośrednich efektów magnetoelektrycznych, tj. indukcji polaryzacji ferroelektrycznej poprzez zastosowanie pól magnetycznych w ciekłych kryształach. Protokół ten zapewnia unikalne podejście, wspierane przez miękkość ciekłych kryształów, w celu uzyskania magnetoelektryków w temperaturze pokojowej.

Pomiar magnetycznie dostrojonej polaryzacji ferroelektrycznej w ciekłych kryształach

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due ...

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu fizyki materii skondensowanej i materiałoznawstwa dotyczące działania efektu elektrycznego magnesu w temperaturze pokojowej. Główną zaletą tej techniki jest to, że testuje ona efekt elektryczny magnesu w ciekłym krysztale z wysoką płynnością. Zacznij od dwóch szklanych podłoży, aby utworzyć każdą komórkę ciekłokrystaliczną.Zacznij od czystych podłoży z ITO po jednej stronie, zwykle o powierzchni jednego centymetra kwadratowego. Zrób rysę na krawędzi każdego podłoża, aby pomóc w orientacji w późniejszych krokach. W powlekarki wirowej wlej roztwór poliimidu na stronę podłoży kodowaną przez ITO przed powlekaniem wirowym.Po zakończeniu piecz podłoża w temperaturze 200 stopni Celsjusza przez godzinę. Następnie przenieś podłoża do etapu XZ, który znajduje się pod aksamitnym wałkiem, który może się obracać. Ustaw podłoże ITO stroną do góry i zaznaczoną krawędzią w kierunku wałka i przymocuj je do stolika.Uruchom wałek na etapie translacji, tak aby podłoże poruszało się w przód i w tył pod wałkiem pięć razy. Podłoże powinno być poddawane miękkiemu, równomiernemu naciskowi w kontakcie z wałkiem. Następnie zatrzymaj wałek na etapie translacji, aby pobrać podłoże.Po zakończeniu umieść podłoże w alkoholu izopropylowym na jedną minutę. Następnie susz podłoża w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez kilka minut. Teraz pracuj z dwoma przetartymi podłożami.Oprócz podłoży należy wykonać płaską folię żywiczną jako przekładkę. Umieść jedno podłoże stroną z ITO i poliimidem do góry i nałóż klej na jego krawędzie. Następnie zorientuj drugie podłoże nad pierwszym zakodowaną stroną do dołu.Zorientuj zaznaczone krawędzie tak, aby znajdowały się po przeciwnych stronach komórki. Przesuń je nieznacznie przed ich przyklejeniem. Użyj obszarów utworzonych przez przesunięcie podłoży, aby przykleić przewodzące druty przewodzące pastą srebrną do zakodowanych stron podłoży.Piecz zespół w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez godzinę. Teraz użyj konfiguracji podobnej do tej, aby wykonać pomiary przerwy między komórkami. Umieść komórkę tak, aby była prostopadła do źródła światła białego i przed spektrometrem optycznym do pomiaru widma transmisyjnego.Zmierzona transmitancja w funkcji długości fali pozwala na wyznaczenie przerwy między komórkami, która dla tej komórki wynosi około 12 mikrometrów. Aby kontynuować, przygotuj mieszaninę ciekłokrystaliczną w komórce. Mieszanina ciekłokrystaliczna składa się z tych dwóch związków pirymidyny.75 miligramów związku jeden, wraz z 25 miligramów związku dwa. Umieść przygotowaną komórkę na gorącym etapie w temperaturze 80 stopni Celsjusza. Za pomocą szpatułki wprowadź mieszaninę ciekłokrystaliczną do komórki i polegaj na działaniu kapilarnym.Utrzymuj komórkę w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez pół godziny przed schłodzeniem do temperatury pokojowej. Kolejnym krokiem jest scharakteryzowanie mieszaniny. Pod mikroskopem umieść przygotowaną próbkę w gorącym stage między dwoma skrzyżowanymi polaryzatorami, które są w jednej linii ze źródłem światła.Ustaw ostrość mikroskopu, aby obserwować tekstury w komórce. Podgrzej próbkę z szybkością 5 stopni Celsjusza na minutę od temperatury pokojowej do 80 stopni Celsjusza i zidentyfikuj fazy ciekłokrystaliczne na mikrofotografiach polaryzacyjnych. Na podstawie obserwacji wyznacz temperatury przejścia.Pomiary wymagają nadprzewodzącego magnesu zdolnego do działania pola o natężeniu 9 Tesli. Przygotuj wkładkę do magnesu, która ma pręt do przechowywania koncentrycznych. Na jego czele powinien znajdować się zacisk złącza.Na jego końcu powinna znajdować się przestrzeń na próbki, która może pomieścić komórkę. Przyklej komórkę w przestrzeni próbki wkładu tak, aby pole magnetyczne było równoległe do powierzchni podłoża. przewody ogniwa do wysokiego i niskiego zacisku.Umieść również termometr na najszerszej długości komórki. Gdy będziesz gotowy, włóż wkładkę do magnesu nadprzewodzącego. Za pomocą koncentrycznych podłącz zaciski wkładki do przyrządów pomiarowych i zbierz dane.Oto polaryzacja elektryczna w funkcji temperatury, uzyskana przez całkowanie prądu przemieszczenia zmierzonego za pomocą elektrometru. W smektycznej fazie gwiazdy C skończona polaryzacja rozwija się po przyłożeniu pola magnetycznego o temperaturze około 328 kelwinów. Gdy układ przechodzi przemianę fazową do smektycznej fazy gwiazdy A, polaryzacja zanika.Dane te dotyczą stałej dielektrycznej mierzonej przy częstotliwości 100 Hz metodą quasi-czterozaciskową z miernikiem LCR. W fazie smektycznej gwiazdy C jest ona tłumiona wraz ze wzrostem pola magnetycznego. Można to przypisać zmianie stanu orientacji molekularnej w połączeniu z elektrycznym momentem dipolowym.W smektycznej fazie gwiazdy A stała dielektryczna jest niezależna od pola magnetycznego. Ustalenie temperatury pozwala na wyraźne wykazanie aktywności magnetoelektrycznej. W temperaturze 300 kelwinów próbka znajduje się w smektycznej fazie gwiazdy C.Tutaj polaryzacja elektryczna zmienia się wraz ze zmieniającym się polem magnetycznym. Stała dielektryczna przyjęta przy 100 hercach wykazuje podobne zachowanie. Pomiary wykonywane w temperaturze 335 kelwinów, gdy ciekły kryształ znajduje się w fazie gwiazdy A, nie są zależne od pola magnetycznego.Tak więc ta metoda może dostarczyć wglądu w magnetycznie przestrajalną polaryzację elektryczną w ciekłych kryształach. Może być również stosowany do innych pomiarów, takich jak elektrycznie sterowany magnetyzm i efekty optyczne oświetlenia w ciekłych kryształach. Po każdym opracowaniu technika ta toruje drogę badaczom w dziedzinie fizyki materii skondensowanej i materiałoznawstwa, sprzężenia magnetoelektrycznego w ciekłych kryształach.

measuring-magnetically-tuned-ferroelectric-polarization-liquid

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Prezentujemy syntezę organicznego ferrimagnetyku wanadowego tetracyjanoetylenu (V[TCNE]x, x~2) metodą niskotemperaturowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Ta zoptymalizowana receptura zapewnia wzrost temperatury Curie z 400 K do ponad 600 K i radykalną poprawę właściwości rezonansu magnetycznego.

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej magnesu organicznego, wanadu tetracyjanoetylenu

Tutaj prezentujemy protokół do badania wieloskładnikowych diagramów fazowych przy użyciu zewnętrznie kontrolowanych kulek magnetycznych jako nośników cieczy w podejściu lab-in-tube. Takie podejście może być pomocne w zastosowaniach, które mają na celu zebranie dalszych informacji na temat przemiany fazowej w złożonych układach cieczowych.

Charakterystyka diagramu fazowego z wykorzystaniem kulek magnetycznych jako nośników cieczy

Przedstawiono protokół do wykrywania i automatyzacji blokowania trybu w wstępnie dostosowanym laserze światłowodowym o rotacji polaryzacji nieliniowej. Wykrycie nagłej zmiany stanu polaryzacji wyjścia w przypadku wystąpienia blokady trybu służy do nakazania wyrównania regulatora polaryzacji wewnątrz wnęki w celu znalezienia warunków blokowania trybu.

Automatyzacja blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej

Tutaj prezentujemy protokół do wywołania orientacyjnego przejścia ciekłego kryształu w odpowiedzi na temperaturę. Opisano metodologie przygotowania próbki w celu obserwacji przejścia i szczegółowej ewolucji przejściowej.

Przejście orientacyjne w ciekłym krysztale wywołane termodynamicznym wzrostem międzyfazowych arkuszy zwilżających

Przedstawiono procedury wytwarzania wysoce reagujących magnetycznie zespołów polimolekularnych chelatujących jony lantanowców. Odpowiedź magnetyczna jest podyktowana rozmiarem zespołu, który jest dostosowywany przez wytłaczanie przez membrany nanoporowe. Podatność magnetyczna zespołów i zmiany strukturalne wywołane temperaturą są monitorowane za pomocą pomiarów dwójłomności, techniki uzupełniającej magnetyczny rezonans jądrowy i rozpraszanie neutronów pod małym kątem.

Procedury produkcyjne i pomiary dwójłomności do projektowania magnetycznie reagujących zespołów fosfolipidów chelatujących jony lantanowców

W tym artykule prezentujemy protokół bezpośredniego wyhodowania epitaksjalnego, ale elastycznego elementu pamięci tytanianu cyrkonu ołowiowego na mice muskowitowej.

Metoda wytwarzania i pomiaru elastycznego elementu ferroelektrycznego opartego na heteroepitaksji van der Waalsa

Tutaj prezentujemy protokoły analiz detekcji różnicowej czasowo-rozdzielczej spektroskopii oscylacyjnej w podczerwieni i dyfrakcji elektronów, które umożliwiają obserwacje deformacji lokalnych struktur wokół fotowzbudzonych cząsteczek w kolumnowym ciekłym krysztale, dając atomową perspektywę na związek między strukturą a dynamiką tego fotoaktywnego materiału.

Nowatorskie techniki obserwacji dynamiki strukturalnej fotoczułych ciekłych kryształów

Przedstawiono protokół produkcji odblaskowego cholesterycznego, ciekłokrystalicznego urządzenia wyświetlającego, zawierającego chiralną domieszkę reagującą na redoks, umożliwiającą szybką i niskonapięciową pracę.

Elektrochemiczne cholesteryczne urządzenie ciekłokrystaliczne do szybkiej i niskonapięciowej modulacji koloru

Struktura pasma fotonicznego umożliwia zrozumienie, w jaki sposób ograniczone mody elektromagnetyczne rozchodzą się w krysztale fotonicznym. W kryształach fotonicznych, które zawierają elementy magnetyczne, takim ograniczonym i rezonansowym modom optycznym towarzyszy zwiększona i zmodyfikowana aktywność magnetooptyczna. Opisujemy procedurę pomiarową mającą na celu wyodrębnienie magnetooptycznej struktury pasmowej za pomocą mikroskopii przestrzeni Fouriera.

Spektralna i kątowo-optyczna charakterystyka nanostruktur fotonicznych

Ten protokół demonstruje przygotowanie materiału fotoreologicznego, który wykazuje fazę stałą, różne fazy ciekłokrystaliczne i izotropową fazę ciekłą poprzez zwiększenie temperatury. Przedstawiono metody pomiaru zależności struktura-lepkosprężystość materiału.

Wysoki kontrast i szybkie przełączanie fotoreologiczne nematycznego ciekłego kryształu typu twist-bend

Przedstawiona tutaj jest metoda pomiaru dwójłomności okien próżniowych poprzez maksymalizację liczby fluorescencji emitowanych przez chłodzone dopplerowskie jony 25Mg+ w pułapce jonowej. Dwójłomność okien próżniowych zmieni stany polaryzacji lasera, które można skompensować poprzez zmianę kątów azymutalnych zewnętrznych płytek falowych.

Pomiar in situ dwójłomności okna próżniowego przy użyciu fluorescencji 25Mg+

Poznaj metodę pomiaru magnetycznie dostrojonej polaryzacji ferroelektrycznej w ciekłych kryształach. Protokół umożliwia badanie efektów magnetoelektrycznych w temperaturze pokojowej z wykorzystaniem komórek z podłożami szklanymi.

Pomiar magnetycznie dostrojonej polaryzacji ferroelektrycznej w ciekłych kryształach

Przeglądaj więcej filmów