Field-induced periodic distortions in a nematic liquid crystal: Deuterium NMR study and theoretical analysis

Abstract

The peculiarities in the dynamic of the director reorientation in a liquid crystal (LC) film under the influence of the electric E field directed at an angle α to the magnetic B field have been investigated both experimentally and theoretically. Time-resolved deuterium NMR spectroscopy is employed to investigate the field-induced director dynamics. Analysis of the experimental results, based on the predictions of hydrodynamic theory including both the director motion and fluid flow, provides an evidence for the appearance of the spatially periodic patterns in 4-n-pentyl-4'-cyanobiphenyl LC film, at the angles α>60∘, in response to the suddenly applied E. These periodic distortions produce a lower effective rotational viscosity. This gives a faster response of the director rotation than for a uniform mode, as observed in our NMR experiment.

Macroscopic order in a nematic liquid crystal: Perturbation by spontaneous director fluctuations

“…The time evolution of these orientations results in the major director and subdirector, which follow the torque-balance equation. That is, we do not consider an effective rotational viscosity for low-molar-mass nematics as the origin of the nonuniform director distribution, which had been introduced to explain the faster director rotation than that predicted by the hydrodynamic theory for nematic polymers [16] and for normal nematics [17].…”

Особенности Релаксации Тензора Напряжения В Микроскопическом Объеме Нематической Фазы Под Действием Сильного Электрического Поля

“…Следует отметить, что величина порогового напряжения в нашем случае равна E th ∼ 1.05 × 10 4 V/m, так что E ∼ 100E th , а толщина и величина напряже-ния, приложенного поперек ЖК-канала, соответствовали данным, использованным при исследовании эволюции ЯМР-спектров в ЖК-ячейках, образованных молекулами дейтерированного 4-n-пентил-4 ′ -цианобифенила [6].…”

“…Эта величина за-висит от конкретного ЖК-материала и его размеров. В случае E ≫ E th ЖК-система может быть выведена из равновесного состояния и любые малые отклонения начальной ориентации поля директора, вызванные, на-пример, термофлуктуациями, могут начать экспоненци-ально расти со своими коэффициентами роста, которые обратно пропорциональны некоторой эффективной вра-щательной вязкости ЖК-материала [6]. При классиче-ском переходе Фредерикса однородный поворот молекул ЖК-фазы происходит в плоскости, образованной полем директораn и полем E, и характеризуется сравнительно большим эффективным коэффициентом вращательной вязкости и отсутствием течения ЖК-фазы.…”

Особенности Переориентации Поля Директора И Эволюции Ямр-Спектров Под Действием Скрещенных Электрического И Магнитного Полей

“…Для того, чтобы наблюдать формирование пространственно периодической структуры в ЖК-ячейке под действием скрещенных магнитного и электрического полей, мы рассмотрим начальное условие для угла θ в виде [11,12] θ…”

“…Здесь 2L -длина ЖК-ячейки, а значения коэффициентов упругости K 1 и K 3 равны 9.5 pN и 13.8 pN [13] соответственно, в то время как значение диэлектрической анизотропии ǫ a равно 11.5 [14], а γ 1 = 0.135 Pas [2]. Величины напряжения U, приложенного поперек ЖК-ячейки и магнитного поля B были выбраны равными U = 200 V и B = 7.08 T, что соответствует значениям этих величин используемых в ЯМР-спектроскопических измерениях [7,12]. Значение магнитной анизотропии χ a равно 1.17 × 10 −6 , в то время как значения флексоэлектрических коэффициентов e 1 и e 3 были выбраны равными −11.6 pC/m и eq (x, z = 0) достигается спустя τ ON ∼ 20 единиц безразмерного времени (∼ 25.4 µm).…”