Mesure de polarisation ferroélectrique magnétiquement à l’écoute dans les cristaux liquides

Recherche sur la magnétoélectrique (moi) effet, l’induction de polarisation électrique (aimantation) par un champ magnétique (électrique), a été axée vers les nouveaux types d’applications tels que capteurs et technologies de stockage. Avec les récentes études sur moi multiferroiques^1,2,3,4, les systèmes cibles dans le domaine de ME étude sont étendus aux divers types de matériaux à l’état solide, y compris inorganiques, organiques, et les cadres métallo-organiques, en utilisant des couplages spin-réseau adroitement^5,6,7,8,9. Cependant, opération à température ambiante, qui doit être accomplie pour une utilisation pratique de ME matériaux avec leur ME accouplements, est toujours une question difficile, et un nombre très limité de matériaux monophasés on signale que la température ambiante magnetoelectrics à ce jour¹⁰.

Cristaux liquides, qui possèdent un ordre orientationnel, parfois avec un positionnement partiel, a aussi étudié à l’égard de ME matériaux dans ces dernières années^{11,12,13,14, 15}. l’un des avantages des cristaux liquides comme moi matériaux est leur température de fonctionnement, que les phases des cristaux liquides sont généralement stabilisées autour de la température ambiante. Un exemple de moi cristaux liquides signalé jusqu’ici est un composite entre nano-plaquettes magnétiques avec anisotropie magnétique perpendiculaire et cristaux liquides indiquant la phase nématique, connue comme la plus simple phase cristal liquide possédant seulement unidimensionnel ordre d’orientation¹⁵. Il montre l’inverse moi en effet, l’induction de l’aimantation par un champ électrique, par le biais de la manipulation de champ électrique des plaquettes couplés et orientation moléculaire.

Plus récemment, une autre stratégie unique pour mettre en place le ME effet dans les cristaux liquides a été proposé¹⁶. Au cœur de cette stratégie consiste à créer une phase de C (SmC *) smectique chiraux avec unidimensionnel ordre positionnel, résultant en une structure de couche diffuse appelée la couche smectique. Une caractéristique de la phase de SmC * est qu’un vecteur de l’orientation moléculaire n est couplé avec un moment de dipôle électrique local p. Cette corrélation est assurée par la combinaison de basculée des molécules constituantes bâtonnet en ce qui concerne le smectique couche normale n₀ et la chiralité induite par le miroir (et inversion) de symétrie dans les molécules. Du point de vue des symétries, l’ancien transforme la symétrie de D_∞h (la SmA phase dite, Figure 1 a) en C_2h (la SmC phase dite, Figure 1 b) et le ce dernier rompt la symétrie miroir de C_2h pour que la symétrie est réduite en C₂ (la SmC * phase, voir chaque couche dans la Figure 1). Dans chaque couche de SmC *, la présence de polarisation finie est autorisée le long de l’axe₂ C, ce qui est normal à la fois n₀ et n. Le couplage fort entre l’azote et du phosphore est essentiel pour la ferroélectricité dans les cristaux liquides. Dans la phase de SmC *, n aligne une manière hélicoïdale par couche par couche (Figure 1), et il n’y a donc aucune polarisation macroscopique. Ferroélectricité dans ces cristaux liquides est obtenue en utilisant des effets de surface solides, laquelle stabilisent l’État homogène orientée de n sous le titre un surface stabilisée ferroélectrique cristal liquide (SSFLC) État (Figure 1). Il est à noter que l’inversion de polarisation ferroélectrique toujours accompagne une commutation des États bistable orientation à travers le couplage entre n et p¹⁷. Comme l’effet inverse, un changement d’orientation moléculaire de la SmC * phase devrait donner lieu à un changement de polarisation électrique. Par le biais de l’anisotropie magnétique causée par tours sur les éléments magnétiques et/ou des cycles aromatiques en molécules de cristaux liquides et la flexibilité de n dans un état de cristal liquide en raison des interactions moléculaires plus faibles que dans un état de cristal solide, n est aussi accordable par un champ magnétique. Ainsi, la phase SmC * peut être transformée en un État homogène orienté induits par le champ magnétique similaire à un État SSFLC. Donc, le direct moi en effet, l’induction de polarisation électrique par un champ magnétique, est obtenu comme le développement de polarisation électrique macroscopique est induit par un alignement homogène de n associée à p, dans toutes les couches.

Nous introduisons des procédures pour préparer des cellules à cristaux liquides pour l’étude de ME accouplements et méthodes pour détecter la ME effet. Une méthode pour la préparation de cellules à cristaux liquides a été signalée en détail précédemment¹⁸. Ici, nous avons modifié cette méthode pour diélectrique et moi de mesures. Avec la méthode détaillée ici, nous avons détecté polarisation électrique magnétiquement à l’écoute, c’est-à-dire le direct ME réaliser, dans un cristal liquide montrant la SmC * phase à température ambiante.