Using spin polarised positive muons for studying guest molecule partitioning in soft matter structures

Martyniak, A.; Dilger, Herbert; Scheuermann, R.; Tucker, I.; McKenzie, Iain; Vujosevic, Danilo; Roduner, Emil

doi:10.1039/b610414b

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“…The resonance field B res is determined by the hyperfine coupling constants of the radical; these coupling constants are, among other factors, sensitive to the polarity of the surroundings, and B res is shifted to higher values with increasing polarity. [15] The polarity of the local environment and thus the location in the LLC is determined by comparing B res in the LLC with the values in a [14,15] We present the first application of ALC-mSR to a chiral nematic LLC phase to reveal new aspects of the still unexplained chiral induction mechanism in nematic LLC phases, and begin with the actual location and reorientation dynamics of chiral dopants. ALC-mSR cannot directly measure a chiral, that is, a mathematically pseudoscalar quantity.…”

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“…The ALCmSR technique [14,15] involves the formation of a radical by the addition of muonium, Mu, a light hydrogen isotope (m H = 9 m Mu ) with a positive muon m + as the nucleus, to an unsaturated bond (Scheme 1). The time-integrated muon spin polarization, which is proportional to the muon decay asymmetry A, is measured as a function of an external magnetic field.…”

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Chiral Induction in Lyotropic Liquid Crystals: Insights into the Role of Dopant Location and Dopant Dynamics

et al. 2010

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Chiral Induction in Lyotropic Liquid Crystals: Insights into the Role of Dopant Location and Dopant Dynamics

et al. 2010

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“…Bei der ALCmSR [14,15] wird durch Addition von Myonium (Mu), einem leichten Wasserstoffisotop (m H = 9 m Mu ) mit einem positiven Myon (m + ) als Kern, an eine ungesättigte Bindung ein Radikal gebildet (Schema 1). Gemessen wird das Zeitintegral über die Myonenspinpolarisation, die proportional zur Asymmetrie A Abbildung 1.…”

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“…B. in einer Micelle. [14,15] Gegenstand dieser Arbeit ist die erste Anwendung von ALC-mSR auf eine lyotrope chiral-nematische Phase, um neue Aspekte des noch nicht aufgeklärten Mechanismus der chiralen Induktion zu erhalten. Ausgangspunkte der Untersuchungen sind die Aufklärung des Aufenthaltsorts und der Reorientierungsdynamik des chiralen Dotierstoffes.…”

unclassified

“…Außerdem wurde theoretisch [12] und experimentell [1] Abbildung 2 zeigt die ALC-mSR-Spektren jedes Dotierstoffes in der nematischen Phase bei der Konzentration von 4.37 Mol-% (bezogen auf die aggregierte Materie) sowie als Referenz in den Lösungsmitteln H 2 O und Decanol. Die Spektren und HTP-Werte [19] wurden bei der gleichen relativen Temperatur T rel = T N*I À3 K gemessen (T N*I ist die Über-gangstemperatur von der chiral-nematischen in die isotrope Phase; siehe Hintergrundinformationen).…”

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Chirale Induktion in lyotropen Flüssigkristallen: Erkenntnisse zum Einfluss von Lokalisation und Dynamik des Dotierstoffes

et al. 2010

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Die nematische Phase N eines lyotropen Flüssigkristalls (Lyotropic Liquid Crystal, LLC) besteht aus anisometrischen Amphiphil-Micellen, die von Lösungsmittel (meist Wasser) umgeben sind und eine Orientierungsfernordnung entlang des Direktors n aufweisen. Die Zugabe von chiralen Dotierstoffen führt ohne Schwellenkonzentration zur chiral-nematischen (cholesterischen) Phase N*, die eine helicale Über-struktur des Direktorfeldes (Abbildung 1) aufweist. Die Ganghöhe P dieser Helix kann im optischen Polarisationsmikroskop direkt aus dem periodischen Muster der "Fingerabdrucktextur" abgelesen werden. Die chirale Induktion in Flüssigkristallen (LCs) ist eine der empfindlichsten Methoden zum Nachweis von Chiralität.[1] Die einzigartigen Chiralitätseffekte in Flüssigkristallen wurden bereits intensiv untersucht, [2] so z. B. die molekularen Induktionsmechanismen in thermotropen LCs [3] sowie in einem selbstorganisierten zweidimensionalen Modellsystem. [4] Bei LLCs wird der Mechanismus der chiralen Induktion in der N*-Phase seit 20 Jahren diskutiert.[5-11] Zwei Mechanismen wurden vorgeschlagen: a) dispersive chirale Wechselwirkungen zwischen Dotierstoffmolekülen benachbarter Micellen (in diesem Fall sollte der Dotierstoff vorzugsweise an der Micelloberfläche sitzen) und b) sterische chirale Wechselwirkungen zwischen Dotierstoff und Amphiphil (hier sollten die Dotierstoffmoleküle in der Micelle solubilisiert sein).[6, 10, 11] Die Temperaturabhängigkeit der Ganghöhe P(T) sollte sich für beide Mechanismen unterscheiden: In Fall (a) steigt P linear mit T an, während in Fall (b) P proportional mit T À1 abnehmen sollte (siehe Hintergrundinformationen). In experimentellen Untersuchungen zum Mechanismus der chiralen Induktion wurden Messungen der Ganghöhe an diversen Gast-Wirt-Systemen durchgeführt [6,7] sowie Röntgen-beugungsexperimente, [8] wobei durch letztere keine verformten Micellen nachgewiesen werden konnten. Die Ganghöhe ist von der chemischen Zusammensetzung der Wirtphase, der Temperatur, der Dotierstoffkonzentration und besonders von der chemischen Natur des Dotierstoffes abhängig.[6] Bisher konnte für LLCs kein allgemeiner Zusammenhang zwischen den Eigenschaften eines chiralen Dotierstoffes und seinem Vermögen zur chiralen Induktion in einer Wirtphase hergestellt werden. Dagegen gibt es hierfür bei thermotropen LCs molekulare Konzepte (siehe z. B. Lit. [1,12]), die -wie wir später diskutieren werden -auch für LLCs von Bedeutung sind.Vor dem Hintergrund der unterschiedlichen postulierten Mechanismen ist die Frage, wo der Dotierstoff in der N*-Phase lokalisiert ist, ein wichtiger Diskussionsgegenstand. Es wurde vorgeschlagen, dass die Lokalisation des Dotierstoffes -im Inneren des unpolaren Kerns der Micelle oder an der Micelloberfläche -einen großen Einfluss auf das Vermögen zur chiralen Induktion hat. [6,13] Bisher ist es allerdings noch nicht gelungen, die Lokalisation des Dotierstoffes experimentell zu bestimmen.Erst kürzlich wurde die Magnetresonanzmethode Avoided-Level-Crossing-Myonenspinresonanz (ALC-mSR), die Do...

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Soft Matter, Organic Materials and Biological Systems

2024

Muon Spin Spectroscopy

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Using spin polarised positive muons for studying guest molecule partitioning in soft matter structures

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Chiral Induction in Lyotropic Liquid Crystals: Insights into the Role of Dopant Location and Dopant Dynamics

Chiral Induction in Lyotropic Liquid Crystals: Insights into the Role of Dopant Location and Dopant Dynamics

Chirale Induktion in lyotropen Flüssigkristallen: Erkenntnisse zum Einfluss von Lokalisation und Dynamik des Dotierstoffes

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