Работа 9.

ЭФФЕКТ ПАМЯТИ В СМЕСЯХ ХОЛЕСТЕРИК-НЕМАТИК.

При напряжениях выше некоторого порогового (V> V_П) в смесях нематического кристалла с небольшим количеством холестерического вещества возникает эффект динамического рассеяния света с памятью. Обычно используют смеси 1-10% холестерика (по весу) с нематиком типа МББА, т.е. с отрицательной диэлектрической анизотропией. Предварительно натёртые стёкла ячейки (d=25мкм) способствуют созданию планарной холестерической текстуры, прозрачной в неполяризованном свете и показывающей яркие цвета интерференции между поляризатором и анализатором. В постоянном или низкочастотном электрическом поле в такой текстуре (со сравнительно большим шагом спирали) возникает электроконвективное течение. Регулярное ячеистое течение при пороге неустойчивости становится турбулентным при повышении напряжения выше порогового. Турбулентность разрушает планарную текстуру, разделяя её на множество блоков молекул с различной ориентацией винтовых осей. На границах этих блоков свет сильно преломляется и, в конечном итоге, выходит из образца под различными углами. Этот эффект сходен по своему характеру с эффектом динамического рассеяния света в нематиках, но почти полностью сохраняется после отключения поля. Таким образом, сохраняется светорассеивающие состояние, которое считается результатом множественных преломлений и отражений света на текстуре, близкой к конфокальной.

Конфокальная текстура сохраняется после выключения поля и исчезновения течения, поскольку оси конфокальных доменов отклоняются настолько сильно, что деформация становится неупругой. Для спонтанного возвращения к плоскостной текстуре требуется большое время (вплоть до нескольких месяцев). Более быстрый переход обеспечивает внешнее воздействие. Таким воздействием является высокочастотное электрическое поле, которое не вызывает течения, но стремиться ориентировать все молекулы перпендикулярно полю. Тогда винтовые оси выстраиваются вдоль поля и восстанавливается плоскостная текстура. Такой эффект возможен только для веществ с отрицательной диэлектрической анизотропией и с большим шагом спирали (1-100мкм). Последнее необходимо для уменьшения вязкости и создания условий электроконвективного течения.

Схема текстурных превращение дана на рис.1.

Интенсивность света, прошедшего через образец, зависит от его состояния (рис.2). первоначально образец прозрачен (анализатор убран). При увеличении напряжения V выше V_П интенсивность пропущенного света I(V) резко уменьшается. После снятия поля сохраняется частичное рассеяние (память). Наложение высокочастотного поля приводит к стиранию записанного сигнала. Эффект ДРС с памятью используется в индикаторах на жидких кристаллах.

Целью данной работы является изучение процессов записи и стирания в эффекте ДРС с памятью.

В ячейку с электропроводящими стёклами заправляется смесь МББА с 5% холестерил наноната. Ячейка помещается на столике поляризационного микроскопа. Фотодетектор фиксирует интенсивность проходящего света с помощью микроамперметра М-95. напряжение на образце подаётся с генератора Г3-33. Запись ведётся на частоте 20 Гц. Производится измерение интенсивности света I(мкА) в зависимости от напряжения V(В). При напряжении 50В ячейка отключается от генератора, и измеряется пропускание света в состоянии памяти (I_П). Затем проводится стирание на частоте 2000 Гц. Измеряется светопропускание после стирания I_ст. Для определения времени спонтанного стирания записной информации измеряют изменение интенсивности I(t) после отключения поля через интервалы времени 2 мин.

Экспериментальная установка показана на рис.3 проводится визуальное наблюдение, а затем измерение.

По окончании измерений строятся графики I(V), куда заносятся также точки I₀ (интенсивность света в исходном состоянии), I_П (память), I_ст (после стирания). График I(t) характеризует процесс спонтанного стирания рассеивающего состояния образца.

Рис.1. Схема переходов:

а) плоскостная текстура (ПТ);

б) электроконвективное течение деформирует ПТ;

в) рассеивающая свет конфокальная текстура (КФТ).

Рис.2. Схема записи и стирания информации

а) зависимость интенсивности света I, пропускаемого сквозь образец от времени t.

б) зависимость управляющего электрического поля от времени.

Рис.3. Схема экспериментальной установки для изучения ДРС с памятью.

Выполнение работы:

1. Установить образец между скрещенными поляроидами на стекле поляризационного микроскопа.

2. Вращая анализатор, наблюдать цвета интерференции, характерные для плоскостной текстуры холестериков с большим шагом спирали.

3. Установить анализатор в скрещенное положение, наблюдать изменение текстуры под действием низкочастотного поля (ν =20 Гц). Напряжение увеличивать от 0 до 50В. Описать изменение текстуры. Убрав напряжение, наблюдать эффект памяти.

4. Установить частоту 10 кГц. Увеличивая напряжение “стереть” рассеивающую текстуру.

5. Убрать окуляр микроскопа и поместить на тубус фотонасадку. Измерить интенсивность пропущенного света при увеличении напряжения от 0 до 50В (20 Гц): I(V). Отключив напряжение, измерить I_п.

6. Измерить изменение I(t) после снятия внешнего поля в интервале 30 мин. (через 2 мин.).

7. Записать сигнал (V=50 B, ν =20 Гц). Измерит I(50 B), и стереть запись (V=50 B, ν =10 кГц).отметить величину I_ст после стирания.

8. Построить графики I(V), I(t); занести на них I_п, I_ст.

Вопросы:

1. Опишите состав, и характеристики необходимой смеси.

2. Опишите физический механизм записи, памяти и стирания.

3. Почему свет рассеивается на текстуре после записи?

4. Как изменяется интенсивность света при различных состояниях образца?

5. Почему при больших напряжениях записи светорассеивание увеличивается?