Perilaku kritis birefringence optik pada nematic-smectic fase A transisi dalam sistem kristal cair biner

abstraksi Kami melaporkan pengukuran birefringence optik (Δn) sistem kristal cair biner yang terdiri dari decyloxycyanobiphenyl (10OCB) dan heptylcyanobiphenyl (7CB) dengan cara suhu resolusi tinggi teknik scanning. Data birefringence ditemukan menjadi agak sukses dalam mempelajari sifat transisi dan perilaku kritis pada nematic-smectic A (N-SmA) fase transisi dalam campuran tersebut. dalam sekitar N-SmA fase transisi birefringence optik (Δn) Data menunjukkan pretransitional kuat perilaku yang akan ditingkatkan sebagai kawasan nematic berkurang. Eksponen kritis (α), ketika diplot terhadap rasio McMillan (TNA / TNI), crossover seragam dari urutan kedua dengan perilaku urutan pertama telah diamati dengan titik tricritical (TCP) di x10OCB = 0,587. 3D-XY batas untuk N-SmA fase transitionwould hipotetis mencapai pada rasio McMillan sebesar 0,937 untuk sistem biner ini.

1. Pendahuluan Kristal cair ormesophase adalah keadaan yang berbeda dari materi yang diamati antara cairan isotropik dan kristal padat. senyawa ini menunjukkan berbagai jenis fase transisi dan telah ditemukan baik sistem model untuk menguji konsep umum fase transisi dan fenomena kritis. Dua dari mesophases lebih umum adalah orientationally yang memerintahkan nematic (N) dan smectic berlapis A (SmA) fase [1]. Sifat dari nematic-smectic A (N-SmA) fase transisi dalam kristal cair telah menjadi subjek yang luas teoritis dan eksperimental Studi karena beberapa fitur yang menarik. Selama terakhir empat dekade, berbagai upaya telah dilakukan untuk menentukan universalitas yang kelas N-SmA fase transisi, namun tetap menjadi terpecahkan besar masalah di bidang sistem benda terkondensasi lembut. dari berarti pendekatan lapangan Kobayashi [2] andMcMillan [3] mengemukakan bahwa N-SmA fase transisi baik dapat menjadi urutan pertama atau urutan kedua tergantung pada kisaran nematic. Menurut toMcMillan [3], sifat N-SmA fase transisi diatur oleh parameter TNA / TNI, mana TNA dan TNI adalah nematic-smectic A (N-SmA) dan nematic- isotropik (N-I) suhu transisi fase masing-masing. ketika Rasio McMillan (TNA / TNI) melebihi nilai membatasi 0.87, nematic- yang smectic A (N-SmA) fase transisi menjadi urutan pertama jika tidak akan menjadi urutan kedua. Crossover dari urutan kedua ke urutan pertama alam terjadi pada titik tricritical (TCP). Atas dasar kopling antara parameter urutan nematic dan smectic dan Landau energi bebas

ekspansi, de Gennes [1,4] meramalkan N-SmA fase transisi berada di tiga dimensi XY (3D-XY) kelas universalitas dalam analogi dengan normal superkonduktor fase transisi. Namun, Halperin, Lubensky andMa (HLM) [5] dipertimbangkan bahwa N-SmA fase transisi selalu urutan pertama di alam karena kopling antara nematic fluktuasi direktur dan smectic A urutan parameter. jadi ide titik tricritical (TCP) tidak muncul dalam kasus ini. Alben [6] disarankan keberadaan titik tricritical (TCP) dalam biner kristal cair campuran. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa karya telah dilakukan pada nematic- smectic A (N-SmA) fase transisi dan perilaku kritis tapi hasil eksperimen yang berbeda mengungkapkan bahwa perilaku Crossover dari urutan kedua dengan alam urutan pertama dari N-SmA fase transisi tidak universal. Bahkan jika, nilai membatasi teoritis dari McMillan rasio 0.87 untuk titik tricritical (TCP), eksperimen itu ditemukan terletak antara 0,942 dan 0,994 [7-10]. Dalam karya ini, kami melaporkan diagram fase sistem biner yang terdiri dua terminal kutub cair senyawa kristal decyloxycyanobiphenyl (10OCB) dan heptylcyanobiphenyl (7CB). Dari resolusi tinggi Teknik pemindaian suhu, birefringence optik (Δn) untuk tujuh konsentrasi yang berbeda dari sistem biner ini telah diukur. Untuk menumpahkan beberapa lampu pada sifat kritis dari N-SmA fase transisi, data birefringence resolusi tinggi telah digunakan. Kepentingan utama adalah untuk mengekstrak eksponen kritis (α) yang menentukan karakter urutan nematic-smectic A (N- SmA) fase transisi dan juga memungkinkan kita untuk mengetahui 3D-XY juga sebagai batas tricritical dari N-SmA fase transisi dalam biner ini sistem.

⁎ Sesuai penulis. Alamat E-mail: mkdnbu@yahoo.com (M.K. Das).

2. Eksperimental 2.1. bahan Murni komponen 10OCB dan 7CB diperoleh dari Merck, Inggris dan digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut. campuran dari 10OCB + 7CB disiapkan di roomtemperature byweighing yang sesuai jumlah komponen murni. Tujuh campuran memiliki mol fraksi 10OCB sebesar 0,205, 0,255, 0,300, 0,387, 0,502, 0,587 dan 0,701 telah disusun. Suhu transisi fase yang ditentukan dengan bantuan mikroskop optik polarisasi (MOTIC BA

300) yang dilengkapi dengan panggung panas Mettler FP900. Rumus struktur dan perilaku tahap kedua senyawa kristal cair diberikan di bawah ini: Komponen 1: Decyloxycyanobiphenyl (10OCB). Komponen 2: Heptylcyanobiphenyl (7CB). 2.2. Transmisi optik metode (OT) Resolusi tinggi birefringence optik (Δn) pengukuran dilakukan dengan mengukur intensitas sinar laser (λ = 632,8 nm) ditransmisikan melalui planar sel selaras ketebalan 5.0 mm diisi dengan kristal cair (LC) sampel dan karenanya menyelidiki terkait fase keterbelakangan. Sampel sel diisi ditempatkan di kuningan dibuat pemanas dan suhu yang dikontrol dan diukur dengan pengontrol suhu (Eurotherm PID 2404) dengan akurasi dari ± 0,1 ° C. Intensitas sinar laser scan oleh dioda foto terhubung dengan multimeter digital pada interval waktu dari 3 s. The temperaturewas pemanas bervariasi pada tingkat 0,5 ° C min-1; ini diterjemahkan ke dalam perbedaan suhu 0,025 ° C antara dua berturut-turut pembacaan. Thewhole eksperimental mengatur dan metode untuk birefringence yang pengukuran dari transmisi optik (OT) metode memiliki telah dijelaskan secara rinci dalam publikasi sebelumnya kami [11,12]. Pada saat kami metode, ketepatan pengukuran nilai birefringence adalah ditemukan sedikit lebih tinggi dari 10-5. 3. Hasil dan diskusi 3.1. diagram fasa Diagram fase untuk sistem biner 10OCB + 7CB ditampilkan dalam Gambar. 1. Komponen pertama memiliki fase Ad sebagian bilayer smectic sementara yang kedua memiliki fase nematic. Ini systemwas dipilih dalam seperti cara bahwa nematic-smectic A (N-SmA) fase transisi bisa diharapkan menunjukkan perilaku Crossover dari urutan kedua ke urutan pertama alam melalui titik tricritical (TCP). Campuran biner dalam Kisaran x10OCB = 0,205-0,701 (di mana x10OCB mewakili fraksi mol dari 10OCB dalam campuran) menunjukkan baik nematic dan smectic A fase. Suhu transisi fase diperoleh dari polarisasi yang Studi mikroskop optik selama pendinginan. Nematic-isotropik (N-I) fase suhu transisi bervariasi hampir linear dengan fraksi mol 10OCB tapi nematic-smectic Sebuah garis transisi fase menyimpang fromlinearity belowthe wilayah equimolar. Thewidth dari nematic Kisaran telah ditemukan menyusut significantlywith meningkatkan mol sebagian kecil dari 10OCB senyawa. 3.2. Pengukuran birefringence optik Gambar. 2 menggambarkan ketergantungan suhu diukur dari birefringence optik (Δn) untuk campuran yang diteliti. Birefringence (Δn)

Data mencakup nematic serta fase smectic. Dekat nematic- yang isotropik (N-I) suhu fase transisi (TNI), nilai Δn Perubahan yang menunjukkan cepat sifat urutan pertama dari N-I fase transisi. Setelah perubahan yang signifikan di TNI birefringence (Δn) nilai meningkat dengan penurunan suhu akibat ditingkatkan nematic molekul pemesanan. Peningkatan secara keseluruhan dalam nilai Δn telah diamati dalam smectic Fase tetapi variasi suhu jauh lebih lamban relatif terhadap fase nematic. Di sekitar N-SmA fase transisi perilaku pretransitional kuat telah diamati. Menariknya, tanda tangan pretransitional ini menjadi lebih kuat sebagai lebar nematic dari campuran menurun. Hal ini disebabkan ditingkatkan coupling antara parameter urutan nematic dan smectic yang memiliki efek mendalam sebagai rentang nematic menyusut. Pada Gambar. 3 ketergantungan suhu

Gambar. 1. Diagram Fase untuk sistem biner 10OCB + 7CB. x10OCB merupakan tahi lalat fraksi 10OCB dalam campuran. ο - nematic untuk isotropik (atau A smectic ke isotropic (TSI)) Suhu fase transisi (TNI); □ - nematic untuk smectic Suhu fase transisi (TNA).

Gambar. 2. Birefringence (Δn) sebagai fungsi temperatur untuk semua themixtures dipelajari. berbeda fraksi mol ditunjukkan dalam gambar. Padat panah kepala bagian atas menunjukkan nematic- Suhu fase transisi isotropik (TNI) dan berlari rendah panah kepala menunjukkan Sebuah fase transisi (TNA) suhu nematic-smectic.

rentang temperatur dari 2 K ditampilkan. Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 3, pada kedua sisi TNA, ada perubahan signifikan dalam pretransitional Δn pada mendekati transisi fase. Jenis perilaku pretransitional dekat TNA telah jelas diamati untuk campuran lain juga. untuk semua campuran dipelajari, perubahan birefringence δ (Δn), antara nematic dan smectic A fase dekat suhu transisi (TNA) bervariasi 0,0008-0,0184. Sebuah plot δ (Δn) terhadap mol fraksi 10OCB ditampilkan dalam inset dari Gambar. 3 yang jelas menunjukkan bahwa efek dari N-SmA kopling meningkat sebagai kisaran nematic berkurang. 3.3. Perilaku kritis pada nematic-smectic A (N-SmA) fase transisi Birefringence resolusi tinggi (Δn) data yang telah digunakan untuk menyelidiki perilaku kritis di N-SmA fase transisi. Pada transisi Suhu TNA, nilai Δn tidak menunjukkan diskontinuitas yang tajam, sehingga untuk mengidentifikasi transisi yang tepat temperaturewe telah menggunakan minimum nilai turunan suhu birefringence (Δn). Agar

ekstrak eksponen kritis (α) dari data birefringence, parameter baru telah didefinisikan dengan bentuk berikut [13,14]: Q T ð Þ¼-Δn T ð Þ-Δn TNA ð Þ T-TNA ð1Þ mana Δn (TNA) adalah nilai birefringence pada suhu transisi TNA seperti yang diperoleh dengan membedakan Δn. Sebuah gambaran dari suhu ketergantungan Q (T) sebagai fromEq ditentukan. (1), di sekitar langsung TNA untuk campuran yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 4. Perlu dicatat bahwa tinggi puncak Q (T) dekat suhu transisi secara bertahap meningkat dengan peningkatan dalam fraksi mol 10OCB. Ini jelas karena peningkatan δ (Δn) dekat suhu transisi N-SmAphase, yang sekali lagi disebabkan oleh suatu peningkatan dalam kekuatan coupling antara parameter urutan nematic dan smectic. untuk menentukan eksponen kritis (α), analisis sistematis dari Q (T) Data telah dilakukan dengan menggunakan ekspresi kuasa hukum sederhana dengan formulir berikut [13]: QðTÞ ¼ A? JTJ-α þ B? ð2Þ di mana A + dan A- adalah amplitudo kritis dan B + dan B- adalah istilah latar belakang di atas dan di bawah nematic-smectic Transisi fase suhu (TNA), α adalah eksponen kritis mirip dengan spesifik panas eksponen kritis [13,14] dan t = | (T-TNA) / (TNA) | adalah dikurangi Suhu. Untuk semua campuran yang diteliti, yang (T) nilai Q adalah baik digambarkan oleh Persamaan. (2) seperti yang ditunjukkan oleh garis tebal pada Gambar. 4 dengan parameter yang sesuai tercantum dalam Tabel 1. Perlu disebutkan bahwa beberapa titik data sangat dekat dengan suhu transisi (TNA) telah beenexcluded dari dana pas untuk mendapatkan nilai fit terbaik dari kritis eksponen (α). Kualitas dari cocok telah diuji dengan menghitung nilai χ2 di kedua sisi suhu transisi. Χ2 yang ditentukan oleh

4. Ringkasan dan kesimpulan Dalam makalah ini penyelidikan rinci dari birefringence optik di nematic dan smectic A fase sistem biner dilakukan oleh berarti dari teknik suhu scanning resolusi tinggi. tertentu penekanan diberikan untuk mempelajari perilaku pretransitional birefringence di sekitar N-SmA fase transisi. Dekat N-SmA fase transisi semua campuran yang diteliti menunjukkan kuat Efek pretransitional yang akan ditingkatkan sebagai wilayah nematic menurun. Selain itu, data birefringence resolusi tinggi telah digunakan untuk menilai urutan N-SmA fase transisi. Sifat nematic-smectic A (N-SmA) fase transisi tetap kontinyu up

untuk x10OCB = 0,502, namun menjadi urutan pertama di x10OCB = 0,587. ditingkatkan coupling antara parameter urutan nematic dan smectic mengubah sifat dari N-SmA fase transisi dari urutan kedua ke urutan pertama dengan titik tricritical (TCP) di x10OCB = 0,587 untuk theMc- Rasio Millan 0,993. 3D-XY batas nematic-smectic A (N-SmA) fase transisi untuk biner ini systemwould hipotetis dicapai pada rasio theMcMillan sebesar 0,937. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa seperti adiabatik kalorimetri pemindaian dan volume koefisien ekspansi termal resolusi tinggi Data birefringence optik kami juga dapat berhasil diterapkan untuk mempelajari karakter urutan fase N-SmA transisi dalam kristal cair. Pengakuan Kami berterima kasih atas dukungan keuangan dari Departemen Sains dan Teknologi, New Delhi (Proyek No: SB / EMEQ-290/2013).