Meten van magnetisch-Tuned ferroelektrische polarisatie in vloeibare kristallen

Onderzoek naar het magnetoelectric (ME)-effect, de inductie van elektrische polarisatie (magnetisatie) door een magnetische (elektrisch) veld, is gericht geweest op de weg naar de nieuwe soorten toepassingen zoals sensoren en opslagtechnologieën. Met recente studies over ME multiferroics^1,2,3,4, de doelsystemen op het gebied van ME studie worden uitgebreid tot verschillende soorten solid-state materialen, met inbegrip van anorganische, organische, en Metaal-organische kaders, door gebruik te maken van de spin-lattice koppelingen viel^5,6,7,8,9. Echter, kamertemperatuur operatie, die moet worden uitgevoerd voor praktische gebruik van ME materialen met hun ME koppelingen, is nog steeds een moeilijke kwestie, en een zeer beperkt aantal Enkelfasige materialen hebben gemeld als kamertemperatuur magnetoelectrics tot op heden¹⁰.

Vloeibare kristallen, die een oriënterende order, soms met een gedeeltelijke positionele bezitten, hebben ook onderzocht met betrekking tot ME materialen in afgelopen jaren^{11,12,13,14, 15}. een van de voordelen van vloeibare kristallen als ik materialen is de temperatuur van hun werking, als vloeistof-crystal fasen zijn meestal gestabiliseerd rond kamertemperatuur. Een voorbeeld van mij vloeibare kristallen gemeld tot nu toe is een composiet tussen magnetische nano-bloedplaatjes met loodrechte magnetische anisotropie en vloeibare kristallen waaruit blijkt dat de nematic fase, bekend als de eenvoudigste fase van de vloeistof-crystal bezitten alleen eendimensionale oriënterende volgorde¹⁵. Het toont het omgekeerde ME uit te voeren, de inductie van magnetisatie door een elektrisch veld, via de veldsterkte manipulatie van de gekoppelde bloedplaatjes en moleculaire uitgangspunten.

Meer recentelijk, een andere unieke strategie om de ME effect in vloeibare kristallen voorgestelde¹⁶was. De focus van deze strategie is het creëren van een chirale smectic C (SmC *) fase met eendimensionale positionele order, wat resulteert in een diffuus lagenstructuur genaamd de smectic laag. Een kenmerk van de SmC-fase is dat een moleculaire geaardheid vector n is gekoppeld aan een lokale elektrisch dipoolmoment p. Deze correlatie is geboden door de combinatie van gekanteld oriëntatie van de staaf-achtige samenstellende moleculen met betrekking tot de smectic laag normale n₀ en de chiraliteit-geïnduceerde spiegel (en inversie) symmetriebreking in de moleculen. Vanuit het oogpunt van symmetrieën, de voormalige verandert de symmetrie van D_∞h (de zogenaamde SmA fase, figuur 1A) in C_2h (de zogenaamde SmC fase, figuur 1B), en de laatste breekt de symmetrie van de spiegel van C_2h zodat de symmetrie is verminderd in C₂ (de SmC * fase, zie elke laag in Figuur 1 c). In elke SmC * laag, is de aanwezigheid van eindige polarisatie toegestaan langs de C₂ -as, die normaal aan zowel n₀ en n. De sterke koppeling tussen n en p is essentieel voor ferroelectricity in vloeibare kristallen. In de SmC * fase n uitgelijnd in de vertanding wijze door laag door de laag (Figuur 1 c) en er is dus geen macroscopische polarisatie. Ferroelectricity in dergelijke vloeibare kristallen wordt bereikt met behulp van sterke oppervlakte effecten, die de homogeen georiënteerde Braziliaanse deelstaat n bekend als een oppervlak-gestabiliseerde ferroelektrische vloeistof-crystal (SSFLC) staat (Figuur 1 d stabiliseren). Opgemerkt moet worden dat ferroelektrische polarisatie omkering altijd begeleidt een omschakeling van de Staten van de bi-stable oriëntatie via de koppeling tussen n en p¹⁷. Een verandering in de moleculaire oriëntatie van de SmC-fase wordt verwacht als het tegenovergestelde van het effect, aanleiding kunnen geven tot een wijziging in elektrische polarisatie. Door middel van magnetische anisotropie veroorzaakt door draaiingen op magnetische netwerkelementen en/of aromatische ringen in vloeibaar kristalmoleculen en de flexibiliteit van n in een staat van de vloeistof-crystal als gevolg van zwakkere moleculaire interacties dan in een solide crystal staat, is n ook afstembare door een magnetisch veld. Dus, de SmC-fase kan worden omgezet in een magnetisch-veld-geïnduceerde homogeen georiënteerde staat die vergelijkbaar is met een SSFLC staat. Daarom wordt de directe mij uit te voeren, de inductie van elektrische polarisatie in een magnetisch veld, zoals de ontwikkeling van macroscopische elektrische polarisatie wordt veroorzaakt door een homogene uitlijning van n p, in alle lagen gekoppeld bereikt.

Wij voeren procedures ter voorbereiding van vloeistof-crystal cellen voor het onderzoek naar ME, koppelingen en methoden voor het detecteren van de ME effect. Een methode voor de voorbereiding van de vloeistof-crystal cellen werd gemeld detail eerder¹⁸. Hier, bewerkt we deze methode voor diëlektrische en mij metingen. Met de methode gedetailleerde hier ontdekt we magnetisch-tuned elektrische polarisatie, dat wil zeggen de directe mij uit te voeren, in vloeibare kristallen waaruit de SmC-fase bij kamertemperatuur.