Summary
इस रिपोर्ट में, हम प्रत्यक्ष magnetoelectric प्रभाव की जांच करने के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं, यानी, चुंबकीय क्षेत्र लागू करके ferroelectric ध्रुवीकरण की प्रेरण, तरल क्रिस्टल में. इस प्रोटोकॉल तरल क्रिस्टल की कोमलता द्वारा समर्थित एक अनूठा दृष्टिकोण प्रदान करता है, कमरे तापमान magnetoelectrics को प्राप्त करने के लिए ।
Abstract
चुंबक और (लोह) बिजली, यानी, magnetoelectric प्रभाव के बीच युग्मन घटनाएं दिखा सामग्री, ऐसे सेंसर और भंडारण के रूप में भविष्य डिवाइस प्रौद्योगिकियों के लिए अपने संभावित अनुप्रयोगों के कारण ध्यान का एक बड़ा सौदा आकर्षित किया है । हालांकि, पारंपरिक दृष्टिकोण है, जो आम तौर पर चुंबकीय धातु आयनों (या कण) युक्त सामग्री का उपयोग, एक बड़ी समस्या है: केवल कुछ सामग्री के लिए कमरे के तापमान पर युग्मन घटनाएं दिखाने पाया गया है । हाल ही में, हमने कक्ष-तापमान magnetoelectrics को प्राप्त करने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रस्तावित किया है । पारंपरिक दृष्टिकोण के विपरीत, हमारे वैकल्पिक प्रस्ताव एक पूरी तरह से अलग सामग्री पर केंद्रित है, एक "तरल क्रिस्टल", चुंबकीय धातु आयनों से मुक्त । ऐसे तरल क्रिस्टल में, एक चुंबकीय क्षेत्र के घटक अणुओं और अणुओं के चुंबकीय anisotropy के माध्यम से इसी बिजली ध्रुवीकरण के उन्मुखीकरण राज्य को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जा सकता; यह magnetoelectric प्रभाव का एक अभूतपूर्व तंत्र है । इस संदर्भ में, इस कागज ferroelectric एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रेरित गुणों को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रदान करता है, कि है, प्रत्यक्ष magnetoelectric प्रभाव, एक तरल क्रिस्टल में । यहां विस्तृत विधि के साथ, हम सफलतापूर्वक एक तरल क्रिस्टल के कमरे के तापमान पर चिराल smectic सी चरण में चुंबकीय देखते बिजली ध्रुवीकरण का पता लगाया । घटक अणुओं, जो सीधे magnetoelectric प्रतिक्रियाओं को प्रभावित करता है के लचीलेपन के साथ एक साथ ले लिया, शुरू की विधि के लिए तरल क्रिस्टल कोशिकाओं को कमरे के रूप में अधिक कार्य प्राप्त करने की अनुमति सेवा करेंगे तापमान magnetoelectrics और जुड़े ऑप्टिकल सामग्री ।
Introduction
magnetoelectric (मुझे) प्रभाव, एक चुंबकीय (विद्युत) क्षेत्र द्वारा विद्युत ध्रुवीकरण (आकर्षण संस्कार) की प्रेरण पर अनुसंधान, सेंसर और भंडारण प्रौद्योगिकियों के रूप में अनुप्रयोगों के उपंयास प्रकार की ओर ध्यान केंद्रित किया गया है । मुझ पर हाल के अध्ययनों के साथ multiferroics1,2,3,4, मेरे अध्ययन के क्षेत्र में लक्ष्य सिस्टम ठोस राज्य सामग्री के विभिंन प्रकार के लिए विस्तारित कर रहे है अकार्बनिक, कार्बनिक सहित, और धातु-कार्बनिक चौखटे, स्पिन का उपयोग करके-जाली युग्मन dexterously5,6,7,8,9। हालांकि, कमरे के तापमान आपरेशन, जो मुझे उनके मेरे युग्मन के साथ सामग्री के व्यावहारिक उपयोग के लिए पूरा किया जाना चाहिए, अभी भी एक चुनौतीपूर्ण मुद्दा है, और एकल चरण सामग्री की एक बहुत ही सीमित संख्या के कमरे के रूप में सूचित किया गया है तापमान 10तारीख को magnetoelectrics ।
तरल क्रिस्टल, जो एक उन्मुखीकरण आदेश के अधिकारी, एक आंशिक स्थिति एक के साथ, कभी-भी हाल के वर्षों में मुझे सामग्री के संबंध में जांच की गई है11,12,13,14, 15. मुझे सामग्री के रूप में तरल क्रिस्टल के लाभों में से एक उनके आपरेशन तापमान है, के रूप में तरल क्रिस्टल चरणों आमतौर पर कमरे के तापमान के आसपास स्थिर रहे हैं । मुझे का एक उदाहरण लिक्विड क्रिस्टल की रिपोर्ट अभी तक सीधा चुंबकीय anisotropy और तरल क्रिस्टल nematic चरण दिखा, सरलतम तरल क्रिस्टल चरण केवल एक आयामी रखने के रूप में जाना जाता है के साथ एक समग्र चुंबकीय नैनो-प्लेटलेट्स के बीच एक मिश्रित है अभिमुखीकरण आदेश15. यह उलटा मुझे प्रभाव से पता चलता है, एक बिजली के क्षेत्र से आकर्षण संस्कार के प्रेरण, युग्मित प्लेटलेट और आणविक झुकाव के बिजली के क्षेत्र में हेरफेर के माध्यम से ।
हाल ही में, एक और अद्वितीय को तरल क्रिस्टल में मुझे प्रभाव स्थापित करने की रणनीति16प्रस्तावित किया गया । इस रणनीति का ध्यान एक चिराल smectic सी (एसएमसी *) चरण एक आयामी स्थिति के आदेश के साथ बना है, एक फैलाना परत संरचना में जिसके परिणामस्वरूप smectic परत बुलाया । एसएमसी * चरण की एक विशेषता यह है कि एक आणविक अभिविंयास वेक्टर एन एक स्थानीय इलेक्ट्रिक द्विध्रुवीय पल पीके साथ युग्मित है । इस सहसंबंध की छड़ झुका उंमुखीकरण के संयोजन के द्वारा प्रदान की जाती है-smectic परत सामांय n0 और chirality-प्रेरित दर्पण (और उलटा) अणुओं में तोड़ने समरूपता के संबंध में घटक अणुओं की तरह । समानताएं के दृष्टिकोण से, पूर्व में डी∞एच से समरूपता परिवर्तन (तथाकथित SmA चरण, चित्रा 1a) सी2एच में (तथाकथित एसएमसी चरण, चित्रा 1b), और बाद सी2एच के दर्पण समरूपता तोड़ता है कि समरूपता सी2 में कम है (एसएमसी * चरण, चित्रा 1Cमें प्रत्येक परत देखें) । प्रत्येक एसएमसी * परत में, परिमित ध्रुवीकरण की उपस्थिति सी2 धुरी है, जो दोनों एन0 और एनके लिए सामांय है साथ अनुमति दी है । एन और पी के बीच मजबूत युग्मन तरल क्रिस्टल में ferroelectricity के लिए आवश्यक है । एसएमसी * चरण में, एन परत द्वारा परत के माध्यम से helicoidal तरीके में संरेखित करता है (चित्रा 1C), और इस तरह कोई macroscopic ध्रुवीकरण है । ऐसे तरल क्रिस्टल में Ferroelectricity मजबूत सतह प्रभाव है, जो एक सतह स्थिर ferroelectric तरल क्रिस्टल (SSFLC) राज्य (चित्रा 1 डी) के रूप में जाना जाता n के homogeneously उंमुख राज्य को स्थिर का उपयोग करके हासिल की है । यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ferroelectric ध्रुवीकरण उत्क्रमण हमेशा एन और पी17के बीच युग्मन के माध्यम से द्वि-स्थिर अभिविन्यास राज्यों के स्विचन के साथ । व्युत्क्रम प्रभाव के रूप में, एसएमसी * चरण के आणविक अभिविंयास में परिवर्तन के लिए बिजली के ध्रुवीकरण में परिवर्तन को जंम देने की उंमीद है । चुंबकीय anisotropy के माध्यम से चुंबकीय तत्वों और/या तरल क्रिस्टल अणुओं में सुगंधित छल्ले और n के लचीलेपन में एक तरल क्रिस्टल राज्य की तुलना में एक ठोस क्रिस्टल राज्य में कमजोर आणविक बातचीत की वजह से स्पिन के कारण, n है इसके अलावा एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा स्वरित्र । इस प्रकार, एसएमसी * चरण एक SSFLC राज्य के समान एक चुंबकीय क्षेत्र प्रेरित homogeneously उंमुख राज्य में तब्दील किया जा सकता है । इसलिए, प्रत्यक्ष मुझे प्रभाव, एक चुंबकीय क्षेत्र से बिजली ध्रुवीकरण की प्रेरण, macroscopic बिजली ध्रुवीकरण के विकास के रूप में हासिल की है एन के साथ मिलकर एक सजातीय संरेखण द्वारा प्रेरित है p, सभी परतों में ।
हम प्रक्रियाओं को लागू करने के लिए तरल क्रिस्टल कोशिकाओं की जांच के लिए मुझे युग्मन और तरीके से मेरे प्रभाव का पता लगाने के लिए तैयार । लिक्विड-क्रिस्टल कोशिकाओं की तैयारी के लिए एक विधि विवरण में पहले18बताया गया था । यहां, हम अचालक और मुझे माप के लिए इस पद्धति को संशोधित किया । यहां विस्तृत विधि के साथ, हम चुंबकीय-देखते बिजली ध्रुवीकरण का पता चला, कि, प्रत्यक्ष मुझे प्रभाव, एक तरल क्रिस्टल में कमरे के तापमान पर एसएमसी * चरण दिखा ।
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Protocol
1. तरल क्रिस्टल कोशिकाओं और सेल गैप के निर्धारण की तैयारी
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लिक्विड-क्रिस्टल कोशिकाओं की तैयारी
- कट कांच सब्सट्रेट वांछित आकार में एक तरफ इंडियम/टिन-ऑक्साइड (इतो) के साथ लेपित (ठेठ आकार: 10 x 10 x १.१ मिमी, चित्रा 2a) । सब्सट्रेट में कटौती करने के लिए, एक गिलास कटर के साथ उनके चेहरे पर एक लाइन खरोंच और बंद अतिरिक्त गिलास मैंयुअल रूप से तोड़ ।
- कट ग्लास एक अल्ट्रासोनिक स्नान में एक डिटर्जेंट का उपयोग कर सब्सट्रेट के लिए ३५ kHz पर 30 मिनट के लिए उन्हें पानी के साथ कुल्ला अल्ट्रासोनिक स्नान में 10 मिनट के लिए । पानी की जगह और सब्सट्रेट कुल्ला करने के लिए 5 बार दूषित पदार्थों (चित्रा 2 बी) को दूर करने के लिए । एक हवा के साथ शेष पानी-डस्टर-बंदूक देखभाल के लिए नहीं सब्सट्रेट के व्यापक चेहरे को छूने के साथ उड़ा ।
- ड्रिप polyimide समाधान ( सामग्री की तालिकामें संरेखण परत प्लानर) पर धोया सब्सट्रेट्स के इतो-लेपित पक्ष, और स्पिन-कोट 30 एस (चित्रा 2c) के लिए ५००० rpm पर समाधान । 1 एच के लिए २०० ° c पर सब्सट्रेट सेंकना विलायक हटाने और polyimide पतली फिल्मों का इलाज ।
- एक XZ मंच पर सब्सट्रेट रखो ताकि सब्सट्रेट के इतो-और polyimide-लेपित पक्ष ऊपर की ओर चेहरे । एक मखमल कपड़े के साथ कवर रोलर के तहत सब्सट्रेट्स रखें और हवा चूषण (चित्रा 2d) द्वारा सब्सट्रेट को ठीक करें । मंच की ऊंचाई को समायोजित करके रोलर के साथ सब्सट्रेट्स पर एक समान और नरम दबाव लागू करें ।
नोट: यहां ओसाका यूनिवर्सिटी में एक मशीन शॉप द्वारा XZ स्टेज बनाया गया था । - रोलर घुमाएं और मंच के नीचे और आगे पीछे क्षैतिज दिशा के साथ 5 बार मखमली कपड़े से सब्सट्रेट रगड़ना करने के लिए कदम । 1 मिनट के लिए एक 10-५० मिलीलीटर ग्लास कंटेनर में isopropyl शराब में मलाई सब्सट्रेट डुबकी दूषित पदार्थों को हटाने के लिए, और उंहें ८० डिग्री सेल्सियस पर कुछ मिनट के लिए शुष्क ।
- दो सब्सट्रेट एक साथ 12 माइक्रोन मोटाई स्पेसर्स के रूप में फ्लैट राल फिल्मों के साथ गोंद. ध्यान दें कि चिपकने वाला अंक केवल सब्सट्रेट के किनारे पर रखा जाता है और चिपके हुए सब्सट्रेट के भीतरी किनारों इतो और polyimide के साथ लेपित हैं । सुनिश्चित करें कि विपरीत सब्सट्रेट antiparallel मला गया है और थोड़ा (के बारे में 2 मिमी) (चित्रा 2E) सब्सट्रेट्स दोनों पर बिजली के टर्मिनलों के लिए पर्याप्त स्थान प्रदान करने के लिए स्थानांतरित कर रहे हैं.
- गोंद के ऊपर का आयोजन तारों पर टर्मिनलों के लिए उल्लेख किया रिक्त स्थान का उपयोग कर चांदी पेस्ट (चित्रा 2F) । चांदी प्रवाहकीय पेस्ट में विलायक हटाने के लिए 1 एच के लिए १५० डिग्री सेल्सियस पर प्रवाहकीय तारों के साथ सब्सट्रेट सेंकना.
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सेल गैप का निर्धारण 19
- सफेद प्रकाश के साथ 1.1.7 में तैयार किए गए रिक्त कक्षों को अपने व्यापक चेहरे पर सामान्य प्रचारित विकीर्ण. एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग कर ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रा को मापने, और छद्म sinusoidal दोलन (चित्रा 3) का पालन, जो Fabry-Pérot प्रभाव20के कारण प्रकट होता है ।
- संबंध का उपयोग कर कक्ष गैप d का अनुमान करें d = λ1λ2/2 (λ2-λ1), जहां तरंग दैर्ध्य λ1 और λ 2 संचरण स्पेक्ट्रा में आसंन चोटी-तरंग दैर्ध्य की एक जोड़ी निरूपित ।
2. तरल क्रिस्टल मिश्रण और कोशिकाओं में परिचय की तैयारी
- मिश्रण दो यौगिकों, 5-octyl-2-(4-octyloxyphenyl) न्यूक्लियोटाइड (कंपाउंड 1: चित्रा 4a) और (एस) -5-decyl-2-[4 (2-fluorodecyloxy) फिनाइल] न्यूक्लियोटाइड (यौगिक 2: चित्रा 4B) एक गिलास शीशी में 3:1 के द्रव्यमान अनुपात के साथ । तैयार १०० कुल में समाधान की मिलीग्राम (७५ यौगिक की मिलीग्राम 1 और 25 यौगिक 2के मिलीग्राम).
- ८० ° c, तापमान जिस पर २.१ से मिश्रण आइसोट्रोपिक तरल चरण (चित्रा 5) में है तापमान रखते हुए एक गर्म मंच पर कदम 1.1.7 से तैयार खाली सेल रखो । एक रंग और केशिका कार्रवाई का उपयोग करके कक्ष में २.१ कदम से मिश्रण परिचय । 30 मिनट के लिए ८० डिग्री सेल्सियस पर सेल तापमान रखें, तो के बारे में 5 डिग्री सेल्सियस की दर से कमरे के तापमान को ठंडा/
3. नमूना लक्षण वर्णन
- दो पार ध्रुवों के बीच एक गर्म मंच पर कदम २.२ से मिश्रण से भरा एक सेल प्लेस और प्रकाश के साथ यह विकीर्ण । कमरे के तापमान से ८० डिग्री सेल्सियस के तापमान से बदलने के साथ मिश्रण की बनावट 5 डिग्री सेल्सियस की दर से एक खुर्दबीन का उपयोग करके (और एक छोटी-पास फिल्टर ~ ६०० एनएम की ट्यूनिंग रेंज के साथ दृश्यता बढ़ाने के लिए, आवश्यक के रूप में), और की पहचान तरल क्रिस्टल चरणों से ध्रुवीकरण माइक्रोग्राफ२१ (चित्रा ६).
- चरण संक्रमण अनुक्रम और स्वीकार्य textures (चित्रा 5) से संक्रमण तापमान का निर्धारण । एसएमसी * चरण के लिए, डबल धारी चौड़ाई के रूप में helicoidal पिच का अनुमान है ।
- अंतर थर्मल विश्लेषण द्वारा २.१ में तैयार मिश्रण के प्रथम आदेश चरण संक्रमण तापमान की पुष्टि करें (DTA; सामग्री और निर्माता के निर्देशों की तालिका देखें), जो एक प्रथम-क्रम चरण में एक चोटी (या डुबकी) विसंगति प्रदान करता है संक्रमण (चित्रा 7) ।
4. अचालक और Magnetoelectric मापन
- तापमान नियंत्रकों (2-400 K) और चुंबकीय क्षेत्र (9 टी तक) से सुसज्जित एक वाणिज्यिक superconducting चुंबक ( सामग्री की तालिकादेखें) तैयार करें ।
- नमूना अंतरिक्ष, चार समाक्षीय केबल सहित एक रॉड, और एक संबंधक टर्मिनल (चित्रा 8A): superconducting चुंबक, जो तीन प्रमुख भागों के होते हैं के लिए एक घर का डाल तैयार करें ।
- गोंद (चित्रा 8B) डालने के नमूने के स्थान पर २.२ में तैयार सेल । कक्ष के दो प्रवाहकीय तारों को टर्मिनलों से कनेक्ट करें (उच्च और निम्न) टांका लगाने से नमूना स्थान. सेल अभिविन्यास के बारे में सुनिश्चित करें ताकि कोशिका के सब्सट्रेट करने के लिए समानांतर दिशा में एक चुंबकीय क्षेत्र लागू करने के लिए. क्रम में नमूना तापमान को मापने के लिए सेल के व्यापक विमान पर एक थर्मामीटर प्लेस और सही superconducting चुंबक में डालने का परिचय ।
- एक LCR मीटर करने के लिए कनेक्टर टर्मिनलों कनेक्ट ( सामग्री की तालिकादेखें) समाक्षीय केबल के साथ. LCR मीटर (निर्माता के निर्देश और हमारे पिछले काम16देखें) के साथ अर्ध-चार टर्मिनल तरीकों के माध्यम से तापमान और चुंबकीय क्षेत्र के एक समारोह के रूप में अचालक लगातार उपाय ।
- एक electrometer करने के लिए कनेक्टर टर्मिनलों कनेक्ट ( सामग्री की तालिकादेखें) समाक्षीय केबल के साथ. electrometer के साथ वर्तमान विस्थापन के चुंबकीय क्षेत्र और तापमान पर निर्भरता को मापने जबकि एक स्थिर दर पर एक चुंबकीय क्षेत्र और तापमान व्यापक (१.० टी/न्यूनतम चुंबकीय क्षेत्र और व्यापक तापमान के लिए 5 K/देखें निर्माता के निर्देश और हमारा पिछला काम16) । समय के एक समारोह के रूप में विस्थापन वर्तमान को एकीकृत करके बिजली ध्रुवीकरण प्राप्त करें ।
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Representative Results
प्रोटोकॉल एक सफलता माना जाता है तभी तरल क्रिस्टल के नमूनों में मुझे प्रभाव मनाया जाता है । यहां हम एक तरल क्रिस्टल नमूना aforementioned प्रक्रियाओं द्वारा तैयार में प्रत्यक्ष मुझे प्रभाव मापा । माप के लिए, एक में विमान चुंबकीय क्षेत्र के बारे में रगड़ दिशा से ४५ ° द्वारा झुका कोण के साथ लागू किया गया था (smectic परतों को सामांय), क्योंकि सबसे बड़ा चुंबकीय क्षेत्र प्रेरित ध्रुवीकरण इस विंयास16में पाया गया था ।
चित्रा 9A बिजली ध्रुवीकरण के तापमान प्रोफाइल से पता चलता है । sma * चरण में, कोई बिजली ध्रुवीकरण के साथ या एक चुंबकीय क्षेत्र के बिना या तो विकसित करता है, जिसका अर्थ है कि SmA * चरण magnetoelectric नहीं है । यह परिणाम अच्छी तरह से मुख्य धुरी है, जो smectic परतों के लिए सामांय है के लिए सीधा विमान में isotropy द्वारा समझाया गया है, SmA * चरण के साथ बिंदु समूह घ∞ (दर्पण समरूपता पर विचार डी∞एच से तोड़ने SmA चरण के) । एसएमसी * चरण में, दूसरी ओर, परिमित ध्रुवीकरण चुंबकीय क्षेत्र लागू करने से विकसित करता है । इस परिणाम को प्रदर्शित करता है कि मैं एक युग्मन के एसएमसी * चरण तरल क्रिस्टल और में संशोधन से पता चलता है आणविक अभिविंयास राज्य में सरल helicoidal राज्य में पी के योग से संबंधित परतों को रद्द कर देता है ।
विद्युत ध्रुवीकरण के विकास के विपरीत, एसएमसी * चरण में निरंतर अचालक की विशेषता वृद्धि एक चुंबकीय क्षेत्र (चित्रा 9B) द्वारा दबा दिया है । एसएमसी में बढोतरी * तथाकथित गोल्डस्टोन विधा को जिंमेदार माना है, जिसे एसएमसी * फेज22,23में एक विशिष्ट विधा के रूप में जाना जाता है । यह मोड झुकाव दिशा ( चित्रा 9Cके बाएं पैनल) के azimuthal उंमुखीकरण में चरण उतार चढ़ाव से मेल खाती है । यह मोड एक चुंबकीय क्षेत्र ( चित्रा 9Cके दाहिने पैनल) के घटक अणुओं है, जो एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ n के एक समानांतर व्यवस्था पसंद के चुंबकीय anisotropy के कारण लागू करने से दबा दिया है, के रूप में पहले की रिपोर्ट24, 25 , 26 , 27. गोल्डस्टोन मोड के दमन इंगित करता है कि एक चरण संक्रमण एसएमसी * चरण से एक क्षेत्र प्रेरित चरण है कि एक SSFLC राज्य (चित्रा 1 d) के समान है के लिए जगह लेता है । इस प्रकार, एक चुंबकीय क्षेत्र के आवेदन n, जो चुंबकीय क्षेत्र प्रेरित ferroelectric तरल क्रिस्टल (MIFLC) राज्य16का नाम था की एक homogeneously उंमुख राज्य लाती है ।
एक सीधा मुझे लक्ष्य की गतिविधि दिखा परिणाम प्राप्त करने के लिए, हम निश्चित तापमान पर बिजली ध्रुवीकरण के चुंबकीय क्षेत्र निर्भरता की जांच की । एक परिणाम के रूप में, यह पाया गया कि चुंबकीय प्रेरित बिजली ध्रुवीकरण एसएमसी * चरण में मौजूद है, जबकि SmA * चरण (चित्रा 10A) में अनुपस्थित । इस मिश्रण के मुझे गतिविधि का प्रत्यक्ष सबूत प्रदान करता है यहां एसएमसी में अध्ययन * चरण, कि है, चुंबकीय एक तरल क्रिस्टल में देखते ferroelectric ध्रुवीकरण । एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा लगातार अचालक के दमन (चित्रा10B) स्पष्ट है, चुंबकीय क्षेत्र में MIFLC राज्य के बोध के और सबूत दे (चित्रा 10C) ।
चित्रा 1: कई smectic तरल क्रिस्टल चरणों में आणविक अभिविन्यास राज्यों के योजनाबद्ध. (क) SmA, (ख) एसएमसी, और (ग) एसएमसी * चरणों, और (घ) एक SSFLC राज्य । नीली छड़, भूरे रंग के विमानों, और गेरू तीर छड़ी की औसत अभिविंयास-अणुओं की तरह, smectic परतों, और बिजली द्विध्रुवीय क्षणों, क्रमशः प्रतिनिधित्व करते हैं । यहां के घटक अणु (क) और (ख) और चिराल (ग) और (घ) के लिए achiral हैं. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 2: मुझे प्रभाव की माप के लिए तरल क्रिस्टल कोशिकाओं की तैयारी. (क) काटने और (ख) एक अल्ट्रासोनिक स्नान में इतो लेपित कांच सब्सट्रेट की सफाई । (ग) सब्सट्रेट्स के इतो-लेपित पक्ष पर polyimide की स्पिन-कोटिंग. (घ) एक मखमली कपड़े द्वारा सब्सट्रेट के रगड़ तरल क्रिस्टल अणुओं को एक ही दिशा के साथ संरेखित करें । (ङ) स्पेसर्स के साथ एक epoxy राल द्वारा सब्सट्रेट के Gluing, और (च) चांदी पेस्ट से सब्सट्रेट और प्रवाहकीय तारों की है कि. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 3: एक रिक्त कोशिका के संचरण स्पेक्ट्रम । कोशिका अंतराल (डी) स्पेक्ट्रम में स्थानीय maxima पर तरंग दैर्ध्य से अनुमान लगाया जा सकता है (पाठ देखें) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 4: इस अध्ययन में प्रयुक्त यौगिकों की आणविक संरचनाओं. (A) 5-octyl-2-(4-octyloxyphenyl) न्यूक्लियोटाइड और (B) (स) -5-decyl-2-[4 (2-fluorodecyloxy) फिनाइल] न्यूक्लियोटाइड । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 5: चरण २.१ चरण से मिश्रण के संक्रमण अनुक्रम । यहां, रो., N *, और आईएसओ., क्रिस्टलीय, चिराल nematic, और आइसोट्रोपिक तरल चरणों क्रमशः निरूपित । संख्यात्मक मान चरण संक्रमण तापमान का प्रतिनिधित्व करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 6: मिश्रण की बनावट के ध्रुवीकरण माइक्रोग्राफ । माइक्रोग्राफ का (क) एसएमसी *, (ख) SmA *, (ग) एन *, और (घ) आईएसओ. चरणों. की छवियों (क) और (ख) प्रकाश के साथ एक ही नमूना क्षेत्र में एक छोटी पास फिल्टर के माध्यम से गुजर रहे थे और Ueda एट अल. २०१७16से संशोधित किया गया है । फिल्टर एसएमसी * चरण में आवधिक संरचना की दृश्यता को बढ़ाने के लिए उपयोग किया गया था । एक और पी दो पार के ध्रुवों के नमूने सैंडविच के निर्देश निरूपित । (ग) में छवियों और (घ) फिल्टर के बिना प्राप्त किया गया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 7: मिश्रण पर अंतर थर्मल विश्लेषण (DTA) । तारक DTA में मनाया चोटी (या डुबकी) विसंगतियों का संकेत है, जो पहली आदेश चरण संक्रमण तापमान के अनुरूप है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 8: मुझे माप के लिए सेटअप की तस्वीरें । (क) एक superconducting चुंबक के लिए घर का बना डालने की एक तस्वीर और (ख) नमूना अंतरिक्ष में डालने का एक बढ़े हुए दृश्य । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 9: अचालक गुण और गोल्डस्टोन मोड के चुंबकीय क्षेत्र दमन के तापमान प्रोफाइल । (क) विद्युत ध्रुवीकरण और (ख) अचालक लगातार चयनित चुंबकीय क्षेत्र में १०० हर्ट्ज पर ले लिया । (ग) गोल्डस्टोन विधा के दमन का एक योजनाबद्ध चित्रण. यह आंकड़ा Ueda एट अल. २०१७16से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 10: प्रत्यक्ष magnetoelectric प्रभाव और magnetodielectric प्रभाव । (क) विद्युत ध्रुवीकरण के चुंबकीय क्षेत्र प्रोफाइल और (ख) अचालक लगातार १०० हर्ट्ज पर एसएमसी * में लिया (लाल, ३०० k पर) और SmA * (काला, ३३५ k) चरणों में. (ग) मेरे प्रभाव के आपरेशन तंत्र के योजनाबद्ध चित्रण इस अध्ययन में मनाया । एक helicoidal आणविक अभिविंयास राज्य (बाएं पैनल) एक homogeneously आणविक उंमुख राज्य में तब्दील reversibly है एक MIFLC राज्य (सही पैनल, देख पाठ) चुंबकीय anisotropy, जहां आणविक के माध्यम से एक चुंबकीय क्षेत्र बी लागू करने से अभिविन्यास के लिए चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के समानांतर होना पसंद करते हैं. यह आंकड़ा Ueda एट अल. २०१७16से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
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Discussion
प्रायोगिक परिणामों से पता चला कि यहां वर्णित तरीके सफलतापूर्वक तरल क्रिस्टल में मुझे युग्मन प्रदर्शन किया । मुझे मनाया और चुंबक-अचालक प्रभाव एक निश्चित smectic परत संरचना में आणविक अभिविन्यास के उन्मुखीकरण संक्रमण के साथ संबद्ध किया जा सकता है. तथापि, परत संरचना में परत सामान्य दिशा n0 भी चुंबकीय anisotropy के माध्यम से एक चुंबकीय क्षेत्र लागू करके बदला जा सकता है । इसका कारण यह है कि अणु अपने चुंबकीय anisotropy के माध्यम से एन और एक चुंबकीय क्षेत्र की समानांतर व्यवस्था करना पसंद करते हैं. एन0 और एक चुंबकीय क्षेत्र की समानांतर व्यवस्था भी MIFLC राज्य के रूप में, एसएमसी * चरण में helicoidal राज्य की तुलना में अधिक स्थिर है ।
मेरे और चुंबक-अचालक प्रभाव को सफलतापूर्वक निरीक्षण करने के लिए, एसएमसी * चरण प्राप्त करने के लिए उचित कदम महत्वपूर्ण हैं । संबंधित माप करने से पहले, नमूना आइसोट्रोपिक तरल चरण के लिए गर्म है और फिर परत सामान्य n0 रगड़ दिशा के साथ संरेखित करने के क्रम में शून्य चुंबकीय क्षेत्र में SmA * चरण के लिए नीचे ठंडा है. अंयथा, घटक अणुओं में उच्च तरलता के साथ आइसोट्रोपिक तरल चरण से SmA के लिए एक क्षेत्र ठंडा प्रक्रिया * चरण अणु के चुंबकीय anisotropy के माध्यम से एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ n0 के एक समानांतर व्यवस्था विकसित करता है । फिर, एक चुंबकीय क्षेत्र SmA * या एसएमसी * चरण में लागू किया जाता है, जहां एक smectic परत संरचना अच्छी तरह से विकसित किया गया है, ताकि हम एक निश्चित परत संरचना के साथ smectic चरणों में अचालक संपत्ति की जांच कर सकते हैं ।
इसके अलावा, एक उपयुक्त कोशिका-सतह प्रभाव है कि काफी मजबूत smectic परत संरचना को ठीक करने के लिए, लेकिन काफी कमजोर आणविक अभिविंयास में लचीलापन देने के लिए भी महत्वपूर्ण है । दो राज्यों के बीच एक इष्टतम संतुलन को प्राप्त करने के लिए, एक के लिए एक सेल की सबसे अच्छी स्थिति-अंतर लंबाई, रगड़ शक्ति, और चिराल dopant की राशि मिल गया है । सतह प्रभाव बहुत कमजोर है, तो smectic चरण जो ferroelectricity लाती है विकसित नहीं करता है । इस बीच अगर यह भी मजबूत है, एक मजबूत SSFLC राज्य स्थिर है और एक चुंबकीय क्षेत्र से नहीं देखते जा सकता है ।
इस पत्र में, केवल एक प्रत्यक्ष मुझे प्रभाव का परिणाम प्रस्तुत किया है । हालांकि, तरल क्रिस्टल कोशिकाओं प्रोटोकॉल द्वारा तैयार भी एक बातचीत मुझे प्रभाव की जांच करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, यानी, बिजली-चुंबक के क्षेत्र पर नियंत्रण । इसके अलावा, मुझे तरल क्रिस्टल में स्थापित प्रभाव अब तक, कि यहां का प्रदर्शन सहित, आणविक अभिविंयास कि तरल क्रिस्टल के ऑप्टिकल गुणों पर हावी में परिवर्तन के साथ जुडा हुआ । इसलिए, विद्युत ध्रुवीकरण (आकर्षण संस्कार) में चुंबकीय (विद्युत) परिवर्तन एक साथ एक चुंबक-(इलेक्ट्रो-) ऑप्टिकल प्रभाव28प्रदान करने के लिए उम्मीद है । वर्तमान विधि द्वारा तैयार लिक्विड-क्रिस्टल कोशिकाओं में पारदर्शी इलेक्ट्रोड होते हैं ताकि ऐसे ऑप्टिकल गुणों को एक ही नमूने में एक साथ तलाशा जा सके.
तरल क्रिस्टल चरणों आमतौर पर कमरे के तापमान के आसपास दिखाई देते हैं, और इस प्रकार तरल क्रिस्टल कमरे-तापमान मुझे गतिविधियों की स्थापना के लिए एक अच्छा मंच प्रदान करते हैं । इसके अलावा, रणनीति यहां की पुष्टि के रूप में वे एसएमसी * चरणों दिखाने के रूप में किसी भी तरल क्रिस्टल के लिए लागू किया जा सकता है । इस प्रकार, और अधिक परिष्कृत मुझे कार्यक्षमताओं लक्ष्य सामग्री के उचित विकल्प की अनुमति देकर विकसित होने की उंमीद कर रहे हैं ।
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Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
हम अपने प्रयोग में उनकी मदद के लिए प्रो Takanishi धंयवाद । हम भी यहां अध्ययन यौगिकों प्रदान करने के लिए उद्योग निगम धंयवाद । इस काम के JSPS फेलो (16J02711), JSPS KAKENHI अनुदान संख्या 17H01143 के लिए अनुदान में सहायता द्वारा समर्थित किया गया था, और अग्रणी स्नातक स्कूलों के लिए कार्यक्रम "इंटरैक्टिव सामग्री आल प्रोग्राम".
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material | |||
| Compound 1: Figure 4(A) | DIC Co., Ltd. | –N/A | PYP-8O8 |
| Compound 2: Figure 4(B) | DIC Co., Ltd. | N/A | PYP-10O10F |
| ITO-coated glass substrates | Sigma-Aldrich Inc. | 703192-10PK | |
| Detergent | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 031-10401 | |
| Alignment layer planer | JSR Co., Ltd. | AL1254 | |
| Spacer | Teijin Film Solutions Co., Ltd. | Q51-12 | |
| Glue | Huntsman Inc. | ARALDITE RT30 | For gluing two substrates |
| Glue | M&I Materials ltd. | Apiezon H Grease | For gluing a cell and homemade insert |
| Silver paste | Fujikura Kasei Co., Ltd. | D-753 | |
| Equipment | |||
| Ultrasonic cleaner | AS ONE Corp. | AS52GTU | |
| Spin coater | Mikasa Co. Ltd. | 1H-D7 | |
| Polarized optical microscope | Nikon Co., Ltd. | ECLIPSE LV100N POL | |
| Short-pass filter | Thorlabs Inc. | FB600-40 | |
| Optical spectrometer | Ocean Optics Inc. | USB2000+UV-VIS | |
| Differential thermal analyzer | Rigaku Co., Ltd. | Thermo plus EVO2 | |
| Superconducting magnet | Quantum Design Inc. | PPMS | |
| LCR meter | Keysight Technologies Ltd. | E4980A | |
| Electrometer | Keithley Instruments Inc. | 6517A |
References
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