A fény hatása a chiral nématikus folyadék kristályokra (N*LC-kre) széleskörű és különböző jelenségeket eredményezhet, különösen akkor, amikor az intenzitás alacsony vagy magas. A fény által kiváltott orientációs nemlinearitások és a hozzájuk kapcsolódó hatások már évtizedek óta érdeklik a kutatókat, és számos szerző áttekintette az ezekkel kapcsolatos eredményeket. Az alacsony fényintenzitás esetén ezek a hatások különböző molekuláris folyamatok révén jelentkezhetnek, mint például a molekuláris konformációk változása, a molekuláris kölcsönhatások megváltozása, illetve helyi rekristallizáció vagy fény indukálta töltésformáció. Magas fényintenzitásnál viszont a nemlinearitás és optikai hatások, mint az önfókuszálás, degenerált négy hullámú keverés, optikai szakaszkülönbség, optikai bistabilitás és kapcsolóhatások figyelhetők meg.

A N*LC-k a helikális elrendezésű rendezővonalak miatt helikálisan eloszló visszajelzést mutatnak, ami számos lehetőséget biztosít a nemlineáris optikai hatások vizsgálatára. A fény indukálta hatások megjelenhetnek különböző anyagokban, akár elnyelő, akár nem elnyelő anyagokban, erős vagy gyenge mezőkben, rendezői irányítás mellett vagy anélkül, tükörrel rendelkező vagy anélkül, rezonanciában vagy nem rezonanciában, Kerr-típusú vagy nem Kerr-típusú hatások révén, optikai forgás változása és rögzítő energia hatása mellett.

A fény általi moduláció a chiral nématikus fázisokban különösen érdekes, mivel a circular polarizált fény selektív visszaverése, amely a helixhez hasonló keverékhez illeszkedik, az egyik legkülönlegesebb tulajdonsága ennek a fázisnak. A selektív visszaverés hullámhossza közvetlen kapcsolatban áll a fázis pitchen keresztül, ami szoros összefüggést mutat a hullámhossz és a refraktív index között (λ = np). Ezen eredményeknek köszönhetően a N* fázisok, amikor a pitch hossza a látható fény hullámhosszához közelít, színesek lesznek. Ezt a jelenséget számos gyakorlati alkalmazásban hasznosítják.

A NLC-ket chiral vegyületekből vagy nemracemikus chiral doppingvegyületek hozzáadásával lehet előállítani, amelyek gazdaságosak és rugalmasabbak. Az utóbbi évtizedekben a chiral foto-érzékeny doppingvegyületek széleskörű alkalmazását figyelhetjük meg a foto-érzékeny NLC-k előállításában. Ezen anyagok fényhatására képesek módosítani a chiral nématikus mesogének tulajdonságait. Az ilyen funkcionális, stimulus-érzékeny lágy anyagok lehetővé tették számos N*LC fotomodulációs alkalmazását.

A fény által indukált pitch moduláció és a kezesség irányának megváltoztatása különböző chiral doppingvegyületek felhasználásával érhető el, amelyek fotokromikus tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az azobenzol, túltelítődött alkének, dithienilciklopentén, spirooxazin származékok stb. Ezek a materiálok számos alkalmazást tesznek lehetővé, különösen az optikai modulációkban és a dinamika tunelésében.

A N*LC rendszerek, amelyek az azobenzol alapú chiral doppingvegyületeket tartalmaznak, a legszélesebb körben fejlesztettek és tanulmányoztak. Az azobenzol vegyületek jól ismertek fotokromizmusukról, amely a kalamitikus alakról cis-formára való átalakulásra vezet, melynek során az alak hajlottá válik. A chiral molekulák ezen fotoizomerizációja lehetőséget biztosít arra, hogy különböző optikai és mechanikai hatásokat érjünk el a chiral nématikus folyadékokban, mint például az optikai forgatás vagy a pitch változása.

Az ilyen rendszerek kulcsfontosságú szereplői lehetnek a jövőbeli nemlineáris optikai eszközök és érzékelők fejlesztésének, mivel a fény hatására gyorsan módosíthatók és irányíthatók a rendszer optikai és mechanikai tulajdonságai.

Hogyan befolyásolják az elektromechanikai és elektroklinikai hatások a ferroelektromos folyadékkristályokat?

A Sm C* fázisok a DC küszöb elektromos tér (Eth) mért értékeiből állíthatók elő. Az AFE fázisban az Eth értéke magas, de a FE fázis közelében az Eth kritikus módon nulla felé csökken. Az spontán polarizáció Ps és a dőlésszög θ0 változása hőmérséklettel az n/m és n/* ZLL sorozat homológjai közül néhány esetében jól megfigyelhető [49]. A Ps a hőmérséklet függvényében történő éles növekedése az izotropizálás hőmérséklete közelében arra utal, hogy az IL–Sm C* fázisátmenet elsőrendű. A Ps értéke (3.12b ábra) a feszültség növekedésével nő. Az eredmények azt mutatják, hogy a kisebb alkil-lánc hosszúságú vegyületek bármilyen hőmérsékleten magasabb Ps értékeket mutatnak, a Curie-pont alatti tartományban. Ennek a csökkenésnek a háttérben a térfogat hatás állhat.

A folyadékkristályos (FLC) vegyületek alacsonyabb moláris tömegű organosziloxán vegyületei [57-59] Sm C* fázisában a Liao et al. [54] által végzett vizsgálatok során a kémiai szerkezet és a fázisokat közvetítő folyamatok is szerepelnek. A spontaneus polarizáció hőmérséklet és feszültség függését a 3.13 ábrán bemutatottak alapján is figyelemmel kísérhetjük. Az adatokból egyértelmű, hogy Ps mind a hőmérsékletre, mind pedig a feszültségre érzékeny. A legfontosabb megfigyelés az, hogy a kisebb alkil-láncokkal rendelkező vegyületek még alacsonyabb hőmérsékleten is magasabb spontán polarizációt mutatnak.

Ezen kívül az elektromechanikai hatás, melyet a Sm C* fázisban az 1980-as évek közepén fedeztek fel Jakli és munkatársai [55-57], az egyik legfontosabb jelenség, amely közvetlenül a ferroelektromos fázisban jelentkezik. Ez a hatás egy új kereszt-hatásképződést jelent, amely elektromechanikai kölcsönhatásnak nevezett. Kísérleti úton mutatták ki, hogy ez a lineáris jelenség csak ferroelektromos fázisokban fordul elő. A vizsgálatokban alkalmazott kísérleti beállítások [55, 56] alapján egy 10 μm vastagságú és 5 μm-es pitch-tel rendelkező minta került felhasználásra. Az alkalmazott periódikus elektromos tér hatására az üstplatek egyirányú rezgései mérhetők voltak. A minta szigetelése során az alkalmazott elektromos mező és a vibrációs amplitúdó közötti lineáris összefüggést észlelték. A 3.15 ábra bemutatja a különböző frekvenciák és a hőmérséklet függését az elektromechanikai hatás esetében. Eredmények azt mutatják, hogy az elektromechanikai hatás az Sm C* fázisban legalább egy nagyságrenddel erősebb, mint az Sm A és Sm I* fázisokban. Különösen magas frekvenciákon érzékenyebbé válik a hatás.

Az elektroklinikai hatás az elektrooptikai jelenségekkel is szoros kapcsolatban áll. A chiral Sm A* fázis elektromos tér hatására az elektroklinikai hatást mutat, mely leírja a molekulák dőlésszögének közvetlen kapcsolódását az alkalmazott elektromos térhez [58, 59]. Ennek az effektusnak az eredete egy szimmetriai érvben gyökerezik. A chirális smektikus A fázis uniaxiális, tehát a molekulák hosszú tengelye párhuzamos az smektikus rétegekkel, és a molekulák szabadon forognak ezen tengelyük körül. Az elektromos tér alkalmazásával a molekulák ezen tengely körüli forgása torzul, mert a permanens molekuláris dipólus keresztirányú komponense hajlamos párhuzamosan igazodni az elektromos térrel. Az elektroklinikai hatás lineárisan kapcsolódik az indukált dőlésszöghez, amely szoros összefüggésben áll a spontán polarizációval.

A Sm A*–Sm C* fázisátmenet folyamatos, és az elektromos polarizációs hajlam (χe) divergenciája jellemzi a Curie-pont közelében. A tranzíció folyamatában figyelhetők meg olyan jelenségek, mint az EC koefficiens és az elektromos polarizációs érzékenység részleges divergenciája. A fázisátmenet kritikus viselkedését az intermolekuláris erők uralják, és a keverékekben, mint a DOBAMBC, a Sm A*–Sm C* fázisátmenet alig egy Celsius fokkal alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe, mint a tiszta chirális mesogének esetében.

Ezek a jelenségek mind hozzájárulnak a folyadékkristályos rendszerek megértéséhez, és kiemelik a különböző fázisok közötti összetett kölcsönhatásokat. A különféle vizsgálati módszerek – optikai, röntgen- és mikroszkópos technikák – segítenek részletesebben megérteni a fázisváltozásokat, valamint azok kapcsolódását az elektromos térhez és a polarizációhoz. Az elektroklinikai és elektromechanikai hatások szoros összefonódása új lehetőségeket nyit a folyadékkristályos eszközök és alkalmazások terén, különösen a biológiai rendszerekben, például a folyadékkristályos gélek és elasztomerek használatában.

Hogyan kezeljük a tesztesetek futtatását Airflow segítségével?
Milyen szerepe van a gyógyszereknek a szorongás és depresszió kezelésében?
Miért fontos bezárni Guantanamót, és miért most van itt az ideje?
Hogyan vált Costa Rica élenjáróvá a klímaváltozás elleni küzdelemben a 90-es években?