Summary

액정에 자석으로 조정 Ferroelectric 편광 측정

Published: August 15, 2018
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Summary

이 보고서에서 선물이 액정에 자기장을 적용 하 여 직접 magnetoelectric 효과, , ferroelectric 분극의 유도 검사 하는 프로토콜. 이 프로토콜에는 실내 온도 magnetoelectrics를 달성 하기 위해 액정의 부드러움에 의해 지원 되는 독특한 접근 방식을 제공 합니다.

Abstract

자기와 (페로) 전기 사이의 커플링 현상을 보여주는 자료, , magnetoelectric 효과, 센서 및 스토리지와 같은 미래의 장치 기술에 대 한 그들의 잠재적인 응용 프로그램으로 인해 관심의 큰 거래를 받고 있다. 그러나, 일반적으로 자석 금속 이온 (또는 래 디 칼)를 포함 하는 자료 활용, 기존의 접근 문제가 주요: 실 온에서 커플링 현상을 보여 몇 가지 재료만 발견 되었습니다. 최근, 우리는 실내 온도 magnetoelectrics를 달성 하는 새로운 접근을 제안 했다. 기존의 접근 달리 우리의 대체 제안 완전히 다른 소재, “액체 크리스탈”, 자석 금속 이온에서 무료에 집중 한다. 이러한 액정에 자기장 구성 분자와 분자;의 자기 이방성을 통해 해당 전기 분극의 근처 상태 제어에 이용 될 수 있다 그것은 magnetoelectric 효과의 전례 없는 메커니즘입니다. 이러한 맥락에서이 종이 자기장, 즉, 직접 magnetoelectric 효과 액정에 의해 유도 된 ferroelectric 속성을 측정 하는 프로토콜을 제공 합니다. 여기서 설명 하는 방법으로 우리는 성공적으로 상 온에서 액정의 카이 랄 smectic C 단계에서 자석으로 조정 전기 분극 감지. Magnetoelectric 응답에 직접적인 영향을, 구성 분자의 유연성을 함께 찍은 도입된 방법 실내 온도 magnetoelectrics 더 많은 기능을 얻으려고 액정 셀 수 있도록 될 것입니다와 관련 된 광학 재료입니다.

Introduction

(나) 효과, 자석 (전기) 분야에 의해 전기 분극 (자화)의 유도에 있는 magnetoelectric 연구, 새로운 유형의 센서 및 스토리지 기술 쪽으로 초점을 맞추고 있다. 최근 multiferroics,12,3,4, 대상 시스템에 연구의 분야에서 연구 고체 재료, 무기, 유기를 포함 하 여 다양 한 유형의 확장 및 스핀-격자 커플링을 이용 하 여 금속-유기 프레임 워크 dexterously5,6,7,,89. 그러나, 나의 실질적인 활용에 대 한 수행 되어야 하는 실내 온도 작업 자료 그들의 ME와 커플링, 아직도 어려운 문제 이며 단일 재료의 매우 제한 된 수 실 온으로 보고 되었습니다 10까지 magnetoelectrics입니다.

액정 부분 위치 것으로 때로는 근처 순서를 소유 하는 나에 관하여 검사도 있다 최근 몇 년 동안11,12,,1314, 자료 15. 하나 나 액정의 장점 자료는 그들의 작업 온도 액정 단계는 일반적으로 실내 온도 주위 안정. 예를 들어 나의 액정 보고 지금까지 수직 자기 이방성과 자성 나노-혈소판 및 간단한 액정 위상으로 알려진 nematic 단계를 보여주는 액정 사이 합성 소지만 1 차원 근처 순서15. 그것은 대화 나 효과의 결합 된 혈소판 및 분자 방향 전기 분야 조작을 통해 전기 분야에 의해 자화의 유도 보여준다.

더 최근에, ME를 설치 하는 다른 독특한 전략 효과 액정에는 제안 된16. 이 전략의 초점은 smectic 레이어라고 확산된 계층 구조에서 발생 하는 1 차원 위치 순서와 카이 랄 smectic C (smc와 *) 단계를 만드는 것입니다. SmC * 단계의 한 특성은 분자 방향 벡터 n 은 지역 전기 쌍 극 자 모멘트 p에 대 한 결합 이다. 이 상관 관계 smectic 레이어 정상 n0 및 카이랄성 유도 (미러와 반전) 대칭 분자에서 막대 모양의 구성 분자의 기울어진된 방향의 조합에 의해 제공 됩니다. 대칭의 관점에서 전 Dh (소위 SmA 단계, 그림 1A)에서 대칭으로 변화 C2h (소위 SmC 단계, 그림 1B), 그리고 대칭은 C2 로 감소 되도록 후자의 나누기 C2h 의 거울 대칭 (SmC * 단계, 그림 1C에서 각 레이어를 참조 하십시오). 각 SmC * 레이어, 유한 분극의 존재는 정상 n0n C2 축을 따라 허용 됩니다. Np 사이 강한 커플링 액정에 ferroelectricity에 대 한 필수적입니다. SmC * 단계에서 n 정렬 레이어 레이어 (그림 1C)를 통해 helicoidal 방식에서 이며 따라서 아무 거시적인 분극. 이러한 액정에 ferroelectricity 표면 안정화 ferroelectric 액정 (SSFLC) 상태 라고 (그림 1D) n 의 균질 지향된 상태 안정 강한 표면 효과 사용 하 여 이루어집니다. 그것은 항상 ferroelectric 분극 반전 np17사이의 커플링을 통해 bi-안정적 방향 상태 전환 함께 주목 한다. 반전 효과로 SmC * 단계의 분자 방향 변경 전기 분극에 변화를 야기할 전망 이다. 통해 자기 이방성 자기 요소 액정 분자와 고체 결정 상태에서 보다 약한 분자 상호 작용으로 인해 액정 상태에서 n 의 유연성에 향기로운 반지에 회전에 의해 발생, n 은 자기장에 의해 또한 조정할 수 따라서, SmC * 단계 SSFLC 상태와 유사한 마그네틱 필드 유도 균질 지향 상태로 변환할 수 있습니다. 따라서, 직접 나 효과 자기장에 의해 전기 분극의 유도 거시적인 전기 분극의 개발은 n p, 모든 층에서 결합의 균질 맞춤에 의해 유도 된으로 이루어집니다.

우리 커플링 및 ME를 감지 하는 방법론의 조사에 대 한 액정 셀을 준비 하는 절차를 소개 효과. 방법-액정 셀의 준비에서 보고 되었다에 대 한 선발 이전18. 여기, 우리는 유 전체와 나이 방법은 측정을 수정. 여기서 설명 하는 방법으로 우리는 실 온에서 SmC * 단계를 보여주는 액정에 자석으로 조정 전기 분극, 즉, 직접 나 효과, 감지.

Protocol

1. 액정 셀과 셀 간격의 결정의 준비 액정 셀의 준비 원하는 크기에 한쪽에 인듐/주석 산화물 (ITO) 코팅 컷 유리 기판 (전형적인 크기: 10 x 10 x 1.1 m m, 그림 2A). 기판 절단, 유리 커터와 그들의 얼굴에 선 스크래치 하 고 과잉 유리를 수동으로 끊다. 35 khz 초음파 목욕 30 분에 대 한 세제를 사용 하 여 컷 유리 기판 10 분 바꾸기 이온된에 대 한 ?…

Representative Results

프로토콜 ME 액정 견본에 적용 하는 경우는 관찰만 성공으로 간주 됩니다. 여기 우리가 직접 나 상기 절차에 의해 준비 된 액정 샘플 효과 측정. 측정을 위해 비행기에 자기장 최대 자기 분야 유도 된 분극이 구성16에서 감지 하기 때문에 마찰 방향 (smectic 레이어 정상)에서 약 45 ° 기울어져 각도 적용 되었습니다. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page=…

Discussion

실험 결과 성공적으로 여기에서 설명한 메서드는 액정에 커플링 ME 시연 했다. 관찰 저와 매 그 니 토-유 전체 효과 연결할 수 고정된 smectic 계층 구조에 있는 분자 오리엔테이션의 근처 전환. 그러나, 계층 구조에서 레이어 수직 방향 을 n0 는 자기 이방성을 통해 자기장을 적용 하 여 또한 변경할 수 있습니다. 이 때문에 분자 n 와 그들의 자기 이방성?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

우리는 우리의 실험에 그의 도움에 대 한 교수 Takanishi을 감사합니다. 여기 공부 화합물을 제공에 대 한 우리 또한 DIC 주식 회사를 감사 합니다. 이 작품 JSP 동료 (16J02711), JSP KAKENHI 부여 번호에 대 한 특정 지원 했다 01143와 졸업 학교 “대화형 자료 생도 프로그램” 선도 위한 프로그램.

Materials

Material
Compound 1: Figure 4(A) DIC Co., Ltd. –N/A PYP-8O8
Compound 2: Figure 4(B) DIC Co., Ltd. N/A PYP-10O10F
ITO-coated glass substrates Sigma-Aldrich Inc. 703192-10PK
Detergent Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 031-10401
Alignment layer planer JSR Co., Ltd. AL1254
Spacer Teijin Film Solutions Co., Ltd. Q51-12
Glue Huntsman Inc. ARALDITE RT30 For gluing two substrates
Glue M&I Materials ltd. Apiezon H Grease For gluing a cell and homemade insert
Silver paste Fujikura Kasei Co., Ltd. D-753
Equipment
Ultrasonic cleaner AS ONE Corp. AS52GTU
Spin coater Mikasa Co. Ltd. 1H-D7
Polarized optical microscope Nikon Co., Ltd. ECLIPSE LV100N POL
Short-pass filter Thorlabs Inc. FB600-40
Optical spectrometer Ocean Optics Inc. USB2000+UV-VIS
Differential thermal analyzer Rigaku Co., Ltd. Thermo plus EVO2
Superconducting magnet Quantum Design Inc. PPMS
LCR meter Keysight Technologies Ltd. E4980A
Electrometer Keithley Instruments Inc. 6517A

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Diesen Artikel zitieren
Ueda, H., Akita, T., Uchida, Y., Kimura, T. Measuring Magnetically-Tuned Ferroelectric Polarization in Liquid Crystals. J. Vis. Exp. (138), e58018, doi:10.3791/58018 (2018).

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