Исследован линейный дихроизм поляризованных спектров ИК поглощения дискотического жидкого кристалла 2,3,6,7,10,11-гексагептилокси-трифинилена. Показано, что смешивание молекулярных возбуждений с близкими частотами резонансов существенно перенормирует соответствующие спектры ИК полос поглощения. С учетом эффектов локального поля световой волны (Аверьянов Е.М. Эффекты локального поля в оптике ЖК, Новосибирск, "Наука", 1999, 552с.) получена температурная зависимость абсолютных значений ориентационного параметра порядка, хорошо согласующихся с результатами независимых методов. В рамках обобщенного уравнения Лоренц-Лорентца для одноосных жидких кристаллов исследовано температурное поведение компонент тензора поляризуемости дискогенных молекул в колончатой фазе. Установлено, что экспериментально наблюдаемые изменения анизотропии поляризуемости молекул трифинилена с температурой обусловлены механизмом взаимной поляризации молекул в мезофазе с ростом их ориентационного упорядочения.

Рис. Температурные зависимости ориентационного параметра порядка в колончатой фазе дискотического ЖК, полученные разными методами: -значения S, рассчитанные из ИК дихроизма в изотропном приближении; о-значения S, учитывающие анизотропию тензора ƒ с компонентами тензорного фактора Лорентца L_{||, ⊥}, а также смешивание молекулярных возбуждений. Штриховая линия - интерполяция результатов измерения методом ЯМР.

1. Gunyakov V.A., Shibli S.M. Structural ordering and molecular-optical properties of a discotic liquid crystal Colho. Liquid Crystals, Vol.30, No1, 59-64, 2003.

Работа выполнена совместно с Институтом физики Университета Сан-Паулу, Бразилия

Получены выражения для компонент тензора диэлектрической проницаемости в оптической области для нематического жидкого кристалла с двуосными pi-сопряженными молекулами, имеющими конформационную степень свободы внутреннего вращения. Установлена связь интенсивности и дихроизма полос поглощения в изотропной и нематической фазах с параметрами конформационного, ориентационного и смешанного конформационно-ориентационного порядка молекул. Получена функция распределения молекул, учитывающая взаимную корреляцию их конформационной и ориентационных степеней свободы. Исследовано влияние этой корреляции на отмеченные параметры порядка, дихроизм полос поглощения и зависимость измеряемой силы осцилляторов молекулярных переходов от характера и степени ориентационной упорядоченности двуосных молекул. На основе сравнения с экспериментальными данными выяснена относительная роль различных слагаемых в функции распределения, ответственных за корреляцию конформационной и ориентационных степеней свободы молекул.

В рамках молекулярно-статистической теории исследованы однородные тепловые флуктуации параметров ориентационного порядка S и G двуосных молекул в одноосном нематическом жидком кристалле. Показано сильное влияние молекулярной двуосности на значения S, G и их температурную зависимость в нематической фазе, амплитуду и температурную зависимость флуктуаций этих параметров в нематической и изотропной фазах, характер фазового перехода нематик - изотропная жидкость. Установлена взаимосвязь флуктуаций параметров S, G в нематической фазе с температурными зависимостями S и G, восприимчивостями нематика к внешним полям, вызывающим изменение S, G при фиксированной ориентации директора. Объяснены известные экспериментальные данные по ориентационному упорядочению двуосных молекул, индуцированному внешними полями в изотропной фазе нематического жидкого кристалла.

В рамках молекулярно-статистической теории исследовано влияние корреляции конформационной и ориентационных степеней свободы двуосных молекул с внутренним вращением на параметры конформационного, ориентационного и смешанного порядка молекул, а также на функцию конформационного распределения молекул в нематическом жидком кристалле. Показано сильное влияние указанной корреляции на поляризуемость молекул с pi-сопряженными фрагментами. Дано объяснение экспериментальных зависимостей среднего значения и анизотропии поляризуемости от характера и степени ориентационной упорядоченности молекул в нематической фазе.

Получена и для широкого круга каламитных и дискоидных жидких кристаллов различных химических классов подтверждена простая формула, с высокой точностью описывающая изменение Тс(n) температуры фазового перехода "нематик (холестерик) - изотропная жидкость" в гомологических рядах для всех известных типов (монотонных и немонотонных) зависимостей Тc(n). Установлены и подтверждены связи между монотонными и немонотонными функциями Тс(n) для гомологических рядов разных соединений.

Проведены экспериментальные исследования спектров комбинационного рассеяния в кристалле (NH₄)₃GaF₆ при комнатной температуре в условиях высокого гидростатического давления. При давлении 0.85 ГПа в спектрах КР наблюдался фазовый переход, сопровождающийся также резким изменением двулучепреломления образца. Фаза высокого давления оптически анизотропна, сопровождается значительными изменениями спектра в области внутренних колебаний ионов GaF₆; при этом изменения в области внутренних колебаний ионов аммония практически отсутствуют. Выполненный анализ спектра показал, что наблюдаемый фазовый переход предположительно связан с увеличением размера элементарной решетки кристалла. Выше 1.5 ГПа в кристалле наблюдается появление новой нитевидной структуры, модифицирующейся при дальнейшем повышении. Все наблюдаемые изменения обратимы и воспроизводятся от образца к образцу.

Исследованы спектры комбинационного рассеяния света кристалла эльпасолита Rb₂KScF₆ в широкой области температур, включающей области двух фазовых переходов - из кубической в тетрагональную и затем в моноклинную фазу. Выполнен сравнительный анализ экспериментального спектра КР и спектра колебаний решетки этих фаз, рассчитанного в рамках первопринципного подхода; показано хорошее количественное согласие расчетных и экспериментальных частот.

Обнаружен и количественно проанализирован ряд аномалий, связанных с перестройкой структуры при переходах как в области внутренних колебаний октаэдрических молекулярных ионов ScF₆, так и низкочастотных колебаний решетки. Отмечается заметное взаимодействие низкочастотных внутренних колебаний с решеточными модами, а также сильное резонансное взаимодействие ротационных мягких мод, восстанавливающихся ниже точек фазовых переходов, с жесткими низкочастотными колебаниями подрешетки ионов рубидия, что существенно усложняет спектральную картину.

Обнаружены и интерпретированы аномалии температурных зависимостей параметров жестких решеточных мод и внутренних колебаний групп ScF6; их количественный анализ подтверждает отнесение перехода в тетрагональную фазу ко второму роду, и в моноклинную - к первому роду, близкому ко второму. Малые значения полуширин линий и их температурные зависимости подтверждают, что затухание колебаний в высокосимметричной фазе определяется распадом фононов за счет их ангармонизма и не связано с наличием беспорядка в структуре, за исключением, возможно, предпереходной области.

Разработаны интерферометры с встречным направлением световых лучей в области электронной регистрации интерференционного поля. Такие интерферометры отличаются меньшим количеством оптических элементов, просты в эксплуатации, имеют меньшие габариты. Интерферометры данного типа предназначены для метрологии геометрических величин, голографии, Фурье-спектроскопии и измерения физических величин, связанных с изменением пространственного и временного положения интерференционного поля. Изготовлены рабочие макеты интерференционно-чувствительного фотоприемника для таких интерферометров. Экспериментально показано, что при электронной регистрации интерференционного поля, образованного встречными световыми потоками достигается высокое отношение сигнал-шум.

Исследованы текстурные картины капель сегнетоэлектрических жидких кристаллов, капсулированных в фотоотверждаемом полимере NOA-65. Установлено, что для исследуемой композиции реализуются близкие к гомеотропным условия ориентации молекул смектика на поверхности капель. В скрещенных поляризаторах текстуры круглых капель имеют форму креста, азимутальная ориентация которого зависит от величины и направления приложенного электрического поля. Предложена модель ориентационно-структурного упорядочения капель сегнетоэлектрического смектика С*.

Проведены исследования светопропускания пленок капсулированных полимером нематических жидких кристаллов, находящихся под воздействием постоянного магнитного поля. В геометрии светорассеяния, также как и в электрооптических измерениях, наблюдается пороговый характер зависимости интенсивности прямо проходящего излучения от величины напряженности H магнитного поля. Для капель нематического жидкого кристалла пентилцианобифенил (5ЦБ) размером 8-11 микрон величина H, соответствующая насыщению кривой светопропускания, составляет 8 кЭ, что свидетельствует о достаточности параметров созданной ранее установки (способной обеспечить управляющее поле напряженностью до 22 кЭ) для исследования магнитооптических эффектов в композитных жидкокристаллических материалах.

• Гранта ККФН-РФФИ ("Енисей") № 02-02-97707
• Программы отделения физических наук РАН № 2.10 "Оптическая спектроскопия и стандарты частоты", проект № 2 "Оптическая спектроскопия молекулярно-ионных кристаллов, жидких кристаллов и жидкокристаллических композитов"
• Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 8 "Фундаментальные проблемы физики и химии наноразмерных систем и наноматериалов", проект № 1 "Разработка физических основ создания оптоэлектронных материалов и устройств с использованием наноразмерных фрактальных кластеров, жидкокристаллических композитов и фотоннокристаллических сред"
• Интеграционного проекта № 18 СО РАН "Разработка физических основ создания структурно упорядоченных жидкокристаллических композитов и управляющих их свойствами полупроводниковых элементов для оптоэлектронных устройств нового поколения"

Лаборатория молекулярной спектроскопии